JP6649636B2 - 計測装置、リソグラフィシステム及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置、リソグラフィシステム及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、特に基板上に形成された複数のマークの位置情報を計測する計測装置、該計測装置による複数のマークの位置情報の計測が終了した基板が載置される基板ステージを有する露光装置と前記計測装置とを備えるリソグラフィシステム、及び前記計測装置を備える露光装置、並びに前記リソグラフィシステム又は露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

半導体素子等を製造するリソグラフィ工程では、ウエハあるいはガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する）上に多層の回路パターンを重ね合わせて形成するが、各層間での重ね合わせ精度が悪いと、半導体素子等は所定の回路特性を発揮することができず、場合によっては不良品ともなる。このため、通常、ウエハ上の複数のショット領域の各々に予めマーク（アライメントマーク）を形成しておき、露光装置のステージ座標系上におけるそのマークの位置（座標値）を検出する。しかる後、このマーク位置情報と新たに形成されるパターン（例えばレチクルパターン）の既知の位置情報とに基づいて、ウエハ上の１つのショット領域をそのパターンに対して位置合わせするウエハアライメントが行われる。

ウエハアライメントの方式として、スループットとの兼ね合いから、ウエハ上のいくつかのショット領域（サンプルショット領域又はアライメントショット領域とも呼ばれる）のみのアライメントマークを検出し、ウエハ上のショット領域の配列を統計的手法で算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）が主流となっている。

しかるに、リソグラフィ工程において、ウエハ上に重ね合わせ露光を行う場合、レジスト塗布、現像、エッチング、ＣＶＤ（ケミカル・ベイパー・デポジション）、ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）などのプロセス処理工程を経たウエハには、そのプロセス起因で前層のショット領域の配列に歪みが生じることがあり、その歪みが重ね合わせ精度の低下の要因となり得る。かかる点に鑑み、近時の露光装置は、ウエハの１次成分のみならず、プロセス起因で生じるショット配列の非線形成分等を補正するグリッド補正機能等を有している（例えば、特許文献１参照）。

しかるに、集積回路の微細化に伴い重ね合わせ精度の要求が次第に厳しくなっており、より高精度な補正を行うため、サンプルショット領域の数を増やすこと、すなわち検出すべきマークの数を増やすことが必要不可欠である。また、ウエハが載置されるステージを２つ備えたツインステージタイプの露光装置では、１つのステージ上でウエハに対する露光が行われるのと並行して、もう１つのステージ上でウエハ上のマークの検出等を実行することができるため、スループットを極力低下させず、サンプルショット領域の数を増やすことが可能である。

しかしながら、今や重ね合わせ精度に対する要求はさらに厳しくなっており、たとえツインステージタイプの露光装置であっても、スループットを低下させることなく、要求される重ね合わせ精度を実現するのに十分な数のマークを検出することは困難になっている。

米国出願公開第２００２／００４２６６４号明細書

第１の態様によれば、基板に形成された複数のマークの位置情報を計測する計測装置であって、ベース部材と、前記基板を保持し、前記ベース部材に対して移動可能なステージと、前記ステージを移動する駆動システムと、前記ベース部材に対する前記ステージの第１位置情報を計測する第１位置計測系と、前記基板に形成されたマークを検出するマーク検出系を有する計測ユニットと、前記マーク検出系と前記ベース部材との相対的な第２位置情報を計測する第２位置計測系と、前記駆動システムによる前記ステージの移動を制御し、前記第１位置計測系を用いて前記第１位置情報を取得し、前記第２位置計測系を用いて前記第２位置情報を取得し、前記マーク検出系を用いて前記基板に形成された前記複数のマークの位置情報を求める制御装置と、を備える計測装置が、提供される。

第２の態様によれば、第１の態様に係る計測装置と、前記計測装置による前記複数のマークの位置情報の計測が終了した前記基板が載置される基板ステージを有し、該基板ステージ上に載置された前記基板に対して、該基板上の複数のマークのうち選択された一部のマークの位置情報を計測するアライメント計測及び前記基板をエネルギビームで露光する露光が行われる露光装置と、を備えるリソグラフィシステムが、提供される。

第３の態様によれば、第２の態様に係るリソグラフィシステムを用いて基板を露光することと、露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

第４の態様によれば、第１の態様に係る計測装置を備え、前記計測装置を用いて複数のマークの位置情報が取得された基板をエネルギビームで露光する露光装置が、提供される。

第５の態様によれば、第４の態様に係る露光装置を用いて基板を露光することと、露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

第１の実施形態に係る計測装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図２（Ａ）は、図１の計測装置の一部省略した正面図（−Ｙ方向から見た図）、図２（Ｂ）は、マーク検出系の光軸ＡＸ１を通るＸＺ平面で断面した計測装置の一部省略した断面図である。 マーク検出系の光軸ＡＸ１を通るＹＺ平面で断面した計測装置の一部省略した断面図である。 図４（Ａ）は、第１位置計測システムのヘッド部を示す斜視図、図４（Ｂ）は、第１位置計測システムのヘッド部の平面図（＋Ｚ方向から見た図）である。 第２位置計測システムの構成を説明するための図である。 第１の実施形態に係る計測装置の制御系を中心的に構成する制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 １ロットのウエハを処理する際の制御装置の処理アルゴリズムに対応するフローチャートである。 第２の実施形態に係るリソグラフィシステムの全体構成を概略的に示す図である。 図８に示される露光装置の構成を概略的に示す図である。 露光装置が備える露光制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 変形例に係るリソグラフィシステムの全体構成を概略的に示す図である。

《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態に係る計測装置１００の構成が斜視図にて概略的に示されている。なお、図１に示される計測装置１００は、実際には、チャンバと、該チャンバの内部に収容された構成部分とで構成されるが、本実施形態では、チャンバに関する説明は省略する。本実施形態では、後述するようにマーク検出系ＭＤＳが設けられており、以下では、マーク検出系ＭＤＳの光軸ＡＸ１の方向をＺ軸方向とし、これに直交する面内で、後述する可動ステージが長ストロークで移動する方向を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、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。ここで、マーク検出系ＭＤＳは、側面視（例えば＋Ｘ方向から見て）Ｌ字状の外形を有し、その下端（先端）には円筒状の鏡筒部４１が設けられ、鏡筒部４１の内部には、Ｚ軸方向の光軸ＡＸ１を有する複数のレンズエレメントから成る光学系（屈折光学系）が収納されている。本明細書では、説明の便宜上から鏡筒部４１の内部の屈折光学系の光軸ＡＸ１を、マーク検出系ＭＤＳの光軸ＡＸ１と称している。

図２（Ａ）には、図１の計測装置１００の正面図（−Ｙ方向から見た図）が一部省略して示され、図２（Ｂ）には、光軸ＡＸ１を通るＸＺ平面で断面した計測装置１００の断面図が一部省略して示されている。また、図３には、光軸ＡＸ１を通るＹＺ平面で断面した計測装置１００の断面図が一部省略して示されている。

計測装置１００は、図１に示されるように、光軸ＡＸ１に直交するＸＹ平面にほぼ平行な上面を有する定盤１２と、定盤１２上に配置され、ウエハＷを保持して定盤１２に対してＸ軸及びＹ軸方向に所定ストロークで可動し、かつＺ軸、θｘ、θｙ及びθｚ方向に微小移動（微小変位）が可能なウエハスライダ（以下、スライダと略記する）１０と、スライダ１０を駆動する駆動システム２０（図１では不図示、図６参照）と、スライダ１０の定盤１２に対するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ、θｙ及びθｚの各方向（以下、６自由度方向と表記する）の位置情報を計測する第１位置計測システム３０（図１では不図示、図３、図６参照）と、スライダ１０に搭載された（保持された）ウエハＷ上のマークを検出するマーク検出系ＭＤＳを有する計測ユニット４０と、マーク検出系ＭＤＳ（計測ユニット４０）と定盤１２との相対的な位置情報を計測する第２位置計測システム５０（図１では不図示、図６参照）と、駆動システム２０によるスライダ１０の駆動を制御しつつ、第１位置計測システム３０による計測情報及び第２位置計測システム５０による計測情報を取得し、マーク検出系ＭＤＳを用いてスライダ１０に保持されたウエハＷ上の複数のマークの位置情報を求める制御装置６０（図１では不図示、図６参照）と、を備えている。

定盤１２は、平面視矩形（又は正方形）の直方体部材から成り、その上面は平坦度が非常に高くなるように仕上げられて、スライダ１０の移動の際のガイド面が形成されている。定盤１２の素材としては、ゼロ膨張材料とも呼ばれる低熱膨張率の材料、例えばインバー型合金、極低膨張鋳鋼、あるいは極低膨張ガラスセラミックスなどが用いられている。

定盤１２には、−Ｙ側の面のＸ軸方向の中央部に１箇所、＋Ｙ側の面のＸ軸方向の両端部に各１箇所、合計で３箇所に底部が開口した切り欠き状の空所１２ａが形成されている。図１では、その３箇所の空所１２ａのうち、−Ｙ側の面に形成された空所１２ａが示されている。それぞれの空所１２ａの内部には、除振装置１４が配置されている。定盤１２は、床Ｆ上に設置された平面視矩形のベースフレーム１６のＸＹ平面に平行な上面上で３つの除振装置１４によって、上面がＸＹ平面にほぼ平行となるように３点支持されている。なお、除振装置１４の数は、３つに限られない。

スライダ１０は、図３に示されるように、底面の四隅に空気静圧軸受（エアベアリング）１８が各１つ、合計４つ、それぞれの軸受面が、スライダ１０の下面とほぼ同一面となる状態で取付けられており、これら４つのエアベアリング１８から定盤１２に向けて噴出される加圧空気の軸受面と定盤１２の上面（ガイド面）との間の静圧（隙間内圧力）によって、スライダ１０が、定盤１２の上面上で所定のクリアランス（空隙、ギャップ）、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。本実施形態では、スライダ１０は、ゼロ膨張材料の一種であるゼロ膨張ガラス（例えば、ショット社のゼロデュアなど）がその素材として用いられている。

スライダ１０の上部には、ウエハＷの直径より僅かに大きな内径の平面視円形の所定深さの凹部１０ａが形成され、凹部１０ａの内部にウエハＷの直径とほぼ同じ直径のウエハホルダＷＨが配置されている。ウエハホルダＷＨとしては、バキュームチャック、静電チャック、あるいはメカニカルチャックなどを用いることができるが、一例として、ピンチャック方式のバキュームチャックが、用いられるものとする。ウエハＷは、その上面が、スライダ１０の上面とほぼ同一面にとなる状態で、ウエハホルダＷＨによって吸着保持されている。ウエハホルダＷＨには、複数の吸引口が形成されており、この複数の吸引口が不図示の真空配管系を介してバキュームポンプ１１（図６参照）に接続されている。そして、バキュームポンプ１１のオン・オフ等が、制御装置６０によって制御される。なお、スライダ１０とウエハホルダＷＨのいずれか一方、又は両方を「第１基板保持部材」と呼んでも良い。

また、スライダ１０には、ウエハホルダＷＨに形成された例えば３つの円形開口を介して上下動し、ウエハ搬送系７０（図１では不図示、図６参照）と協働してウエハをウエハホルダＷＨ上にロードするとともにウエハをウエハホルダＷＨ上からアンロードする上下動部材（不図示）が設けられている。上下動部材を駆動する駆動装置１３が制御装置６０によって制御される（図６参照）。

本実施形態では、ウエハホルダＷＨとして、一例として、直径３００ｍｍの３００ミリウエハを吸着保持可能なサイズのものが用いられているものとする。なお、ウエハ搬送系７０がウエハホルダＷＨ上のウエハを、上方から非接触で吸引保持する非接触保持部材、例えばベルヌーイチャックなどを有している場合には、スライダ１０に上下動部材を設ける必要はなく、ウエハホルダＷＨに上下動部材のための円形開口を形成する必要もない。

図２（Ｂ）及び図３に示されるように、スライダ１０の下面のウエハＷよりも一回り大きい領域には、２次元グレーティング（以下、単にグレーティングと呼ぶ）ＲＧ１が水平（ウエハＷ表面と平行）に配置されている。グレーティングＲＧ１は、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子（Ｘ回折格子）と、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型回折格子（Ｙ回折格子）と、を含む。Ｘ回折格子及びＹ回折格子の格子線のピッチは、例えば１μｍと設定されている。

除振装置１４は、能動型振動分離システム（いわゆるＡＶＩＳ(Active Vibration Isolation System)）であり、加速度計、変位センサ（例えば静電容量センサなど）、及びアクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど）、並びにエアダンパとして機能するエアマウント等を備えている。除振装置１４は、比較的高周波の振動を、エアマウント（エアダンパ）によって減衰させることができるとともに、アクチュエータにより除振（制振）することができる。したがって、除振装置１４は、定盤１２とベースフレーム１６との間で振動が伝達するのを回避することができる。なお、エアマウント（エアダンパ）に代えて、油圧式のダンパを用いても良い。

ここで、エアマウントに加えてアクチュエータを設けているのは、エアマウントの気体室内の気体の内圧は高いため、制御応答が２０Ｈｚ程度しか確保できないので、高応答の制御が必要な場合には、不図示の加速度計などの出力に応じてアクチュエータを制御する必要があるからである。但し、床振動などの微振動は、エアマウントによって除振される。

除振装置１４の上端面は、定盤１２に接続されている。エアマウントには、不図示の気体供給口を介して気体（例えば圧縮空気）を供給することが可能であり、エアマウントは、内部に充填された気体量（圧縮空気の圧力変化）に応じてＺ軸方向に所定のストローク（例えば、１ｍｍ程度）で伸縮する。このため、３つの除振装置１４それぞれが有するエアマウントを用いて定盤１２の３箇所を下方から個別に上下動させることにより、定盤１２及びこの上に浮上支持されたスライダ１０を、Ｚ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向それぞれの位置を任意に調整できるようになっている。また、除振装置１４のアクチュエータは、定盤１２を、Ｚ軸方向に駆動するのみならず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にも駆動可能である。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への駆動量は、Ｚ軸方向への駆動量に比べて小さい。３つの除振装置１４は、制御装置６０に接続されている（図６参照）。なお、３つの除振装置１４のそれぞれが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に限らず、例えば６自由度方向に定盤１２を移動できるアクチュエータを備えていても良い。制御装置６０は、第２位置計測システム５０によって計測されるマーク検出系ＭＤＳ（計測ユニット４０）と定盤１２との相対的な位置情報に基づいて、後述する第１位置計測システム３０のヘッド部３２が固定される定盤１２の６自由度方向の位置が、マーク検出系ＭＤＳに対して所望の位置関係を維持するように、３つの除振装置１４のアクチュエータを常時リアルタイムで制御している。なお、３つの除振装置１４の各々をフィード・フォワード制御しても良い。例えば、制御装置６０は、第１位置計測システム３０の計測情報に基づいて、３つの除振装置１４の各々をフィード・フォワード制御するようにしても良い。なお、制御装置６０による除振装置１４の制御についてはさらに後述する。

駆動システム２０は、図６に示されるように、スライダ１０をＸ軸方向に駆動する第１駆動装置２０Ａと、スライダ１０を第１駆動装置２０Ａと一体でＹ軸方向に駆動する第２駆動装置２０Ｂとを含む。

図１及び図３からわかるように、スライダ１０の−Ｙ側の側面には、磁石ユニット（又はコイルユニット）から成り、側面視逆Ｌ字状の一対の可動子２２ａが、Ｘ軸方向に所定間隔で固定されている。スライダ１０の＋Ｙ側の側面には、図３に示されるように、磁石ユニット（又はコイルユニット）から成る一対の可動子２２ｂ（ただし、＋Ｘ側の可動子２２ｂは不図示）が、Ｘ軸方向に所定間隔で固定されている。一対の可動子２２ａと一対の可動子２２ｂとは、左右対称に配置されているが、互いに同様に構成されている。

可動子２２ａ、２２ｂは、図１〜図３に示されるように、平面視矩形枠状の可動ステージ２４の一部を構成するＹ軸方向に所定距離離れて配置され、それぞれＸ軸方向に延びる一対の板部材２４ａ、２４ｂのＸＹ平面に実質的に平行な上面上に非接触で支持されている。すなわち、可動子２２ａ、２２ｂの下面（板部材２４ａ、２４ｂにそれぞれ対向する面）には、エアベアリング（不図示）がそれぞれ設けられ、これらのエアベアリングが板部材２４ａ、２４ｂに対して発生する浮上力（加圧空気の静圧）により、可動子２２ａ、２２ｂは、可動ステージ２４によって、下方から非接触で支持されている。なお、各一対の可動子２２ａ、２２ｂが固定されたスライダ１０の自重は、前述したように、４つのエアベアリング１８が定盤１２に対して発生する浮上力によって支持されている。

一対の板部材２４ａ、２４ｂそれぞれの上面には、図１〜図３に示されるように、コイルユニット（又は磁石ユニット）から成る固定子２６ａ、２６ｂが、Ｘ軸方向の両端部を除く領域に配置されている。

一対の可動子２２ａと固定子２６ａとの間の電磁相互作用により、一対の可動子２２ａを、Ｘ軸方向に駆動する駆動力（電磁力）及びＹ軸方向に駆動する駆動力（電磁力）が発生し、一対の可動子２２ｂと固定子２６ｂとの間の電磁相互作用により、一対の可動子２２ｂを、Ｘ軸方向に駆動する駆動力（電磁力）及びＹ軸方向に駆動する駆動力（電磁力）が発生する。すなわち、一対の可動子２２ａと固定子２６ａとによって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の駆動力を発生するＸＹリニアモータ２８Ａが構成され、一対の可動子２２ｂと固定子２６ｂとによって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の駆動力を発生するＸＹリニアモータ２８Ｂが構成され、ＸＹリニアモータ２８ＡとＸＹリニアモータ２８Ｂとによって、スライダ１０を、Ｘ軸方向に所定ストロークで駆動するとともに、Ｙ軸方向に微小駆動する第１駆動装置２０Ａが構成されている（図６参照）。第１駆動装置２０Ａは、ＸＹリニアモータ２８ＡとＸＹリニアモータ２８Ｂとがそれぞれ発生するＸ軸方向の駆動力の大きさを異ならせることにより、スライダ１０を、θｚ方向に駆動することができる。第１駆動装置２０Ａは、制御装置６０によって制御される（図６参照）。本実施形態では、後述する第２駆動装置とともに第１駆動装置２０Ａにより、スライダ１０をＹ軸方向に駆動する粗微動駆動系を構成する関係から第１駆動装置２０Ａは、Ｘ軸方向の駆動力のみならず、Ｙ軸方向の駆動力も発生するが、第１駆動装置２０Ａは、Ｙ軸方向の駆動力を必ずしも発生する必要はない。

可動ステージ２４は、一対の板部材２４ａ、２４ｂと、Ｘ軸方向に所定距離離れて配置され、それぞれＹ軸方向に延びる一対の連結部材２４ｃ、２４ｄと、を有している。連結部材２４ｃ、２４ｄのＹ軸方向の両端部には、段部がそれぞれ形成されている。そして、連結部材２４ｃ、２４ｄそれぞれの−Ｙ側の段部の上に板部材２４ａの長手方向の一端部と他端部が載置された状態で、連結部材２４ｃ、２４ｄと板部材２４ａとが一体化されている。また、連結部材２４ｃ、２４ｄそれぞれの＋Ｙ側の段部の上に板部材２４ｂの長手方向の一端部と他端部が載置された状態で、連結部材２４ｃ、２４ｄと板部材２４ｂとが一体化されている（図２（Ｂ）参照）。すなわち、このようにして、一対の板部材２４ａ、２４ｂが一対の連結部材２４ｃ、２４ｄにより連結され、矩形枠状の可動ステージ２４が構成されている。

図１及び図２（Ａ）に示されるように、ベースフレーム１６上面のＸ軸方向の両端部近傍には、Ｙ軸方向に延びる一対のリニアガイド２７ａ、２７ｂが、固定されている。＋Ｘ側に位置する一方のリニアガイド２７ａの内部には、上面及び−Ｘ側の面の近傍にＹ軸方向のほぼ全長に渡るコイルユニット（又は磁石ユニット）から成るＹ軸リニアモータ２９Ａの固定子２５ａ（図２（Ｂ）参照）が収納されている。リニアガイド２７ａの上面及び−Ｘ側の面に対向して、断面Ｌ字状の磁石ユニット（又はコイルユニット）から成り、固定子２５ａとともに、Ｙ軸リニアモータ２９Ａを構成する可動子２３ａが配置されている。リニアガイド２７ａの上面及び−Ｘ側の面にそれぞれ対向する、可動子２３ａの下面及び＋Ｘ側の面には、対向する面に対して加圧空気を噴出するエアベアリングがそれぞれ固定されている。そのうち、特に、可動子２３ａの＋Ｘ側の面に固定されたエアベアリングとしては、真空予圧型のエアベアリングが用いられている。この真空予圧型のエアベアリングは、軸受面とリニアガイド２７ａの−Ｘ側の面との間の加圧空気の静圧と真空予圧力とのバランスにより、可動子２３ａとリニアガイド２７ａとの間のＸ軸方向のクリアランス（隙間、ギャップ）を一定の値に維持する。

可動子２３ａの上面上には、複数、例えば２つの直方体部材から成るＸガイド１９がＹ軸方向に所定間隔を隔てて固定されている。２つのＸガイド１９のそれぞれには、Ｘガイド１９とともに一軸ガイド装置を構成する断面逆Ｕ字状のスライド部材２１が、非接触で係合している。スライド部材２１のＸガイド１９に対向する３つの面には、エアベアリングがそれぞれ設けられている。

２つのスライド部材２１は、図１に示されるように、連結部材２４ｃの下面（−Ｚ側の面）にそれぞれ固定されている。

−Ｘ側に位置する他方のリニアガイド２７ｂは、内部にコイルユニット（又は磁石ユニット）から成るＹ軸リニアモータ２９Ｂの固定子２５ｂを収納し、左右対称であるが、リニアガイド２７ａと同様に構成されている（図２（Ｂ）参照）。リニアガイド２７ｂの上面及び＋Ｘ側の面に対向して、左右対称であるが可動子２３ａと同様の断面Ｌ字状の磁石ユニット（又はコイルユニット）から成り、固定子２５ｂとともに、Ｙ軸リニアモータ２９Ｂを構成する可動子２３ｂが配置されている。リニアガイド２７ｂの上面及び＋Ｘ側の面にそれぞれ対向して、可動子２３ｂの下面及び−Ｘ側の面には、エアベアリングがそれぞれ固定され、特に、可動子２３ｂの−Ｘ側の面に固定されたエアベアリングとして、真空予圧型のエアベアリングが用いられている。この真空予圧型のエアベアリングによって、可動子２３ｂとリニアガイド２７ｂとの間のＸ軸方向のクリアランス（隙間、ギャップ）が一定の値に維持される。

可動子２３ｂの上面と、連結部材２４ｄの底面との間には、前述と同様、Ｘガイド１９と該Ｘガイド１９に非接触で係合するスライド部材２１とによって構成される一軸ガイド装置が２つ設けられている。

可動ステージ２４は、＋Ｘ側と−Ｘ側の各２つ（合計４つ）の一軸ガイド装置を介して、可動子２３ａ、２３ｂによって下方から支持され、可動子２３ａ、２３ｂ上でＸ軸方向に移動可能である。このため、前述した第１駆動装置２０Ａにより、スライダ１０がＸ軸方向に駆動された際に、その駆動力の反力が固定子２６ａ、２６ｂが設けられた可動ステージ２４に作用し、可動ステージ２４はスライダ１０とは反対方向に運動量保存則に従って移動する。すなわち、スライダ１０に対するＸ軸方向の駆動力の反力に起因する振動の発生が、可動ステージ２４の移動によって防止（あるいは効果的に抑制）される。すなわち、可動ステージ２４が、スライダ１０のＸ軸方向の移動に際し、カウンタマスとして機能する。ただし、可動ステージ２４を、必ずしもカウンタマスとして機能させる必要はない。なお、スライダ１０は、可動ステージ２４に対してＹ軸方向に微小移動するのみなので特に設けていないが、可動ステージ２４に対してスライダ１０をＹ軸方向に駆動する駆動力に起因する振動の発生を防止（あるいは効果的に抑制）するためのカウンタマスを設けても良い。

Ｙ軸リニアモータ２９Ａは、可動子２３ａと固定子２５ａとの間の電磁相互作用により可動子２３ａをＹ軸方向に駆動する駆動力（電磁力）を発生し、Ｙ軸リニアモータ２９Ｂは、可動子２３ｂと固定子２５ｂとの間の電磁相互作用により可動子２３ｂをＹ軸方向に駆動する駆動力（電磁力）を発生する。

Ｙ軸リニアモータ２９Ａ、２９Ｂが発生するＹ軸方向の駆動力は、＋Ｘ側と−Ｘ側の各２つの一軸ガイド装置を介して、可動ステージ２４に作用する。これにより、可動ステージ２４と一体的に、スライダ１０が、Ｙ軸方向に駆動される。すなわち、本実施形態では、可動ステージ２４と、４つの一軸ガイド装置と、一対のＹ軸リニアモータ２９Ａ、２９Ｂとによって、スライダ１０をＹ軸方向に駆動する第２駆動装置２０Ｂ（図６参照）が構成されている。

本実施形態では、一対のＹ軸リニアモータ２９Ａ、２９Ｂは、定盤１２とは物理的に分離されているとともに、３つの除振装置１４によって振動的にも分離されている。なお、一対のＹ軸リニアモータ２９Ａ、２９Ｂの固定子２５ａ、２５ｂがそれぞれ設けられたリニアガイド２７ａ、２７ｂを、ベースフレーム１６に対してＹ軸方向に移動可能な構成にして、スライダ１０のＹ軸方向の駆動時におけるカウンタマスとして機能させても良い。

計測ユニット４０は、図１に示されるように、−Ｙ側の面に底部が開口した切り欠き状の空所４２ａが形成されたユニット本体４２と、その空所４２ａ内に基端部が挿入された状態でユニット本体４２に接続された前述のマーク検出系ＭＤＳと、マーク検出系ＭＤＳの先端の鏡筒部４１をユニット本体４２に接続する接続機構４３とを有している。

接続機構４３は、鏡筒部４１を不図示の取付部材を介して背面側（＋Ｙ側）で支持する支持プレート４４と、支持プレート４４をそれぞれの一端部で支持し他端部がユニット本体４２の底面に固定された一対の支持アーム４５ａ、４５ｂとを含む。

本実施形態では、スライダ１０上に保持されているウエハ上面には、感応剤（レジスト）が塗布さているのに対応して、マーク検出系ＭＤＳとして、レジストを感光させない波長の検出ビームを用いるものが用いられる。マーク検出系ＭＤＳとして、例えばウエハ上に塗布されているレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（内部に設けられた指標板上の指標パターン）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出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。マーク検出系ＭＤＳからの撮像信号は、信号処理装置４９（図１では不図示、図６参照）を介して制御装置６０に供給されるようになっている（図６参照）。マーク検出系ＭＤＳは、光学系の焦点位置を調整するアライメントオートフォーカス機能を有している。

鏡筒部４１と支持プレート４４との間に、図１に示されるように、概略二等辺三角形状のヘッド取付部材５１が配置されている。ヘッド取付部材５１には、図１のＹ軸方向に貫通する開口部が形成され、この開口部内に挿入された取付部材（不図示）を介して、鏡筒部４１が、支持プレート４４に取付けられている（固定されている）。また、ヘッド取付部材５１も、その裏面が支持プレート４４に固定されている。このようにして、鏡筒部４１（マーク検出系ＭＤＳ）とヘッド取付部材５１と支持プレート４４とが、一対の支持アーム４５ａ、４５ｂを介してユニット本体４２と一体化されている。

ユニット本体４２の内部には、マーク検出系ＭＤＳから検出信号として出力される撮像信号を処理して検出中心に対する対象マークの位置情報を算出し、制御装置６０に出力する前述の信号処理装置４９などが配置されている。ユニット本体４２は、ベースフレーム１６上に設置された−Ｙ側から見て門型の支持フレーム４６上に、複数、例えば３つの除振装置４８を介して下方から３点支持されている。各除振装置４８は、能動型振動分離システム（いわゆるＡＶＩＳ(Active Vibration Isolation System)）であり、加速度計、変位センサ（例えば静電容量センサなど）、及びアクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど）、並びにエアダンパ又は油圧式のダンパなどの機械式のダンパ等を備え、除振装置４８は、比較的高周波の振動を、機械式のダンパによって減衰させることができるとともに、アクチュエータにより除振（制振）することができる。したがって、各除振装置４８は、比較的高周波の振動が、支持フレーム４６とユニット本体４２との間で伝達するのを回避することができる。

なお、マーク検出系ＭＤＳとしては、ＦＩＡ系に限らず、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出して検出信号を出力する回折光干渉型のアライメント検出系を、ＦＩＡ系に代えて用いても良い。あるいは、回折光干渉型のアライメント系をＦＩＡ系とともに用い、２つの対象マークを同時に検出しても良い。さらに、マーク検出系ＭＤＳとして、スライダ１０を所定方向に移動している間、対象マークに対して、計測光を所定方向に走査させるビームスキャン型のアライメント系を用いても良い。また、本実施形態では、マーク検出系ＭＤＳが、アライメントオートフォーカス機能を有しているものとしたが、これに代えて、あるいはこれに加えて、計測ユニット４０が、焦点位置検出系、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斜入射方式の多点焦点位置検出系を、備えていても良い。

第１位置計測システム３０は、図２（Ｂ）及び図３に示されるように、定盤１２の上面に形成された凹部内に配置され、定盤１２に固定されたヘッド部３２を有する。ヘッド部３２は、上面がスライダ１０の下面（グレーティングＲＧ１の形成面）に対向している。ヘッド部３２の上面とスライダ１０の下面との間に所定のクリアランス（隙間、ギャップ）、例えば数ｍｍ程度のクリアランスが形成されている。

第１位置計測システム３０は、図６に示されるように、エンコーダシステム３３と、レーザ干渉計システム３５とを備えている。エンコーダシステム３３は、ヘッド部３２からスライダ１０の下面の計測部（グレーティングＲＧ１の形成面）に複数のビームを照射するとともに、スライダ１０の下面の計測部からの複数の戻りビーム（例えば、グレーティングＲＧ１からの複数の回折ビーム）を受光して、スライダ１０の位置情報を取得可能である。エンコーダシステム３３は、スライダ１０のＸ軸方向の位置を計測するＸリニアエンコーダ３３ｘ、スライダ１０のＹ軸方向の位置を計測する一対のＹリニアエンコーダ３３ｙａ、３３ｙｂを含む。エンコーダシステム３３では、例えば米国特許第７，２３８，９３１号明細書、及び米国特許出願公開第２００７／２８８，１２１号明細書などに開示されるエンコーダヘッド（以下、適宜ヘッドと略述する）と同様の構成の回折干渉型のヘッドが用いられている。なお、ヘッドは、光源及び受光系（光検出器を含む）、並びに光学系を含むが、本実施形態では、これらのうち、少なくとも光学系がグレーティングＲＧ１に対向してヘッド部３２の筐体内部に配置されていれば良く、光源及び受光系の少なくとも一方は、ヘッド部３２の筐体外部に配置されていても良い。

図４（Ａ）には、ヘッド部３２が斜視図にて示されており、図４（Ｂ）には、ヘッド部３２の上面を＋Ｚ方向から見た平面図が示されている。エンコーダシステム３３は、スライダ１０のＸ軸方向の位置を１つのＸヘッド３７ｘで計測し、Ｙ軸方向の位置を一対のＹヘッド３７ｙａ、３７ｙｂで計測する（図４（Ｂ）参照）。すなわち、グレーティングＲＧ１のＸ回折格子を用いてスライダ１０のＸ軸方向の位置を計測するＸヘッド３７ｘによって、前述のＸリニアエンコーダ３３ｘが構成され、グレーティングＲＧ１のＹ回折格子を用いてスライダ１０のＹ軸方向の位置を計測する一対のＹヘッド３７ｙａ、３７ｙｂによって、一対のＹリニアエンコーダ３３ｙａ、３３ｙｂが構成されている。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、Ｘヘッド３７ｘは、ヘッド部３２の中心を通るＸ軸に平行な直線ＬＸ上で、ヘッド部３２の中心を通るＹ軸に平行な直線ＣＬから等距離にある２点（図４（Ｂ）の白丸参照）から、計測ビームＬＢｘ_１、ＬＢｘ_２（図４（Ａ）中に実線で示されている）を、グレーティングＲＧ１上の同一の照射点に照射する。計測ビームＬＢｘ_１、ＬＢｘ_２の照射点、すなわちＸヘッド３７ｘの検出点（図４（Ｂ）中の符号ＤＰ参照）は、マーク検出系ＭＤＳの検出中心にＸ軸方向及びＹ軸方向の位置が一致している。

ここで、計測ビームＬＢｘ_１、ＬＢｘ_２は、光源からのビームが不図示の偏光ビームスプリッタによって偏光分離されたもので、計測ビームＬＢｘ_１、ＬＢｘ_２がグレーティングＲＧ１に照射されると、これらの計測ビームＬＢｘ_１、ＬＢｘ_２のＸ回折格子で回折された所定次数、例えば１次回折ビーム（第１回折ビーム）が、それぞれ、不図示のレンズ、四分の一波長板を介して反射ミラーで折り返され、四分の一波長板を２回通過することで偏光方向が９０度回転され、元の光路を通って偏光ビームスプリッタに再度入射し、同軸に合成された後、計測ビームＬＢｘ_１、ＬＢｘ_２の１次回折ビーム同士の干渉光が、不図示の光検出器によって受光されることで、スライダ１０のＸ軸方向の位置が計測される。

図４（Ｂ）に示されるように、一対のＹヘッド３７ｙａ、３７ｙｂそれぞれは、直線ＣＬの＋Ｘ側、−Ｘ側に配置されている。Ｙヘッド３７ｙａは、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、直線ＬＹａ上で直線ＬＸからの距離が等しい２点（図４（Ｂ）の白丸参照）から、グレーティングＲＧ１上の共通の照射点に図４（Ａ）においてそれぞれ破線で示される計測ビームＬＢｙａ_１，ＬＢｙａ_２を照射する。計測ビームＬＢｙａ_１，ＬＢｙａ_２の照射点、すなわちＹヘッド３７ｙａの検出点が、図４（Ｂ）に符号ＤＰｙａで示されている。

Ｙヘッド３７ｙｂは、直線ＣＬに関して、Ｙヘッド３７ｙａの計測ビームＬＢｙａ_１，ＬＢｙａ_２の射出点に対称な２点（図４（Ｂ）の白丸参照）から、計測ビームＬＢｙｂ_１，ＬＢｙｂ_２を、グレーティングＲＧ１上の共通の照射点ＤＰｙｂに照射する。図４（Ｂ）に示されるように、Ｙヘッド３７ｙａ、３７ｙｂそれぞれの検出点ＤＰｙａ、ＤＰｙｂは、Ｘ軸に平行な直線ＬＸ上に配置される。

計測ビームＬＢｙａ_１，ＬＢｙａ_２も、同一のビームが偏光ビームスプリッタによって偏光分離されたもので、これらの計測ビームＬＢｙａ_１，ＬＢｙａ_２のＹ回折格子による所定次数、例えば１次回折ビーム（第２回折ビーム）同士の干渉光が、上述と同様にして、不図示の光検出器で光電検出されることで、スライダ１０のＹ軸方向の位置が計測される。計測ビームＬＢｙｂ_１，ＬＢｙｂ_２についても、計測ビームＬＢｙａ_１，ＬＢｙａ_２と同様に、１次回折ビーム（第２回折ビーム）同士の干渉光が、不図示の光検出器で光電検出されることで、スライダ１０のＹ軸方向の位置が計測される。

ここで、制御装置６０は、スライダ１０のＹ軸方向の位置を、２つのＹヘッド３７ｙａ、３７ｙｂの計測値の平均に基づいて決定する。したがって、本実施形態では、スライダ１０のＹ軸方向の位置は、検出点ＤＰｙａ、ＤＰｙｂの中点ＤＰを実質的な計測点として計測される。中点ＤＰは、計測ビームＬＢｘ_１，ＬＢＸ_２のグレーティングＲＧ１上の照射点と一致する。

すなわち、本実施形態では、スライダ１０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置情報の計測に関して、共通の検出点を有し、この検出点は、マーク検出系ＭＤＳの検出中心にＸＹ平面内の位置が一致するように、制御装置６０によって、第２位置計測システム５０によって計測されるマーク検出系ＭＤＳ（計測ユニット４０）と定盤１２との相対的な位置情報に基づいて、３つの除振装置１４のアクチュエータが常時リアルタイムで制御される。したがって、本実施形態では、制御装置６０は、エンコーダシステム３３を用いることで、スライダ１０上に載置されたウエハＷ上のアライメントマークを計測する際、スライダ１０のＸＹ平面内の位置情報の計測を、常にマーク検出系ＭＤＳの検出中心の直下（スライダ１０の裏面側）で行うことができる。また、制御装置６０は、一対のＹヘッド３７ｙａ、３７ｙｂの計測値の差に基づいて、スライダ１０のθｚ方向の回転量を計測する。

レーザ干渉計３５は、スライダ１０の下面の計測部（グレーティングＲＧ１の形成された面）に測長ビームを入射させるとともに、その戻りビーム（例えば、グレーティングＲＧ１の形成された面からの反射光）を受光して、スライダ１０の位置情報を取得可能である。レーザ干渉計システム３５は、図４（Ａ）に示されるように、４本の測長ビームＬＢｚ_１、ＬＢｚ_２、ＬＢｚ_３、ＬＢｚ_４を、スライダ１０の下面（グレーティングＲＧ１の形成された面）に入射させる。レーザ干渉計システム３５は、これら４本の測長ビームＬＢｚ_１、ＬＢｚ_２、ＬＢｚ_３、ＬＢｚ_４それぞれを照射するレーザ干渉計３５ａ〜３５ｄ（図６参照）を備えている。本実施形態では、レーザ干渉計３５ａ〜３５ｄにより、４つのＺヘッドが構成されている。

レーザ干渉計システム３５では、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、４本の測長ビームＬＢｚ_１、ＬＢｚ_２、ＬＢｚ_３、ＬＢｚ_４が、検出点ＤＰを中心とし、Ｘ軸に平行な２辺とＹ軸に平行な２辺とを有する正方形の各頂点に相当する４点からＺ軸に平行に射出される。この場合、測長ビームＬＢｚ_１、ＬＢｚ_４の射出点（照射点）は直線ＬＹａ上で直線ＬＸから等距離にあり、残りの測長ビームＬＢｚ_２、ＬＢｚ_３の射出点（照射点）は、直線ＬＹｂ上で直線ＬＸから等距離にある。本実施形態では、グレーティングＲＧ１の形成された面は、レーザ干渉計システム３５からの各測長ビームの反射面をも兼ねる。制御装置６０は、レーザ干渉計システム３５を用いて、スライダ１０のＺ軸方向の位置、θｘ方向及びθｙ方向の回転量の情報を計測する。なお、上述した説明から明らかなように、スライダ１０は、Ｚ軸、θｘ及びθｙの各方向に関しては、定盤１２に対して前述した駆動システム２０によって積極的に駆動されることはないが、底面の４隅に配置された４つのエアベアリング１８によって定盤１２上に浮上指示されているため、実際には、スライダ１０は、Ｚ軸、θｘ及びθｙの各方向に関して定盤１２上でその位置が変化する。すなわち、スライダ１０は、実際には、Ｚ軸、θｘ及びθｙの各方向に関して定盤１２に対して可動である。特に、スライダ１０のθｘ及びθｙの各方向の変位は、エンコーダシステム３３の計測誤差（アッベ誤差）を生じさせる。かかる点を考慮して、第１位置計測システム３０（レーザ干渉計システム３５）により、スライダ１０のＺ軸、θｘ及びθｙの各方向の位置情報を計測することとしている。

なお、スライダ１０のＺ軸方向の位置、θｘ方向及びθｙ方向の回転量の情報の計測のためには、グレーティングＲＧ１の形成された面上の異なる３点にビームを入射させることができれば足りるので、Ｚヘッド、例えばレーザ干渉計は、３つあれば良い。なお、スライダ１０の下面にグレーティングＲＧ１を保護するための保護ガラスを設け、保護ガラスの表面にエンコーダシステム３３からの各計測ビームを透過させ、レーザ干渉計システム３５からの各測長ビームの透過を阻止する、波長選択フィルタを設けても良い。

以上の説明からわかるように、制御装置６０は、第１位置計測システム３０のエンコーダシステム３３及びレーザ干渉計システム３５を用いることで、スライダ１０の６自由度方向の位置を計測することができる。この場合、エンコーダシステム３３では、計測ビームの空気中での光路長が極短くかつほぼ等しいため、空気揺らぎの影響が殆ど無視できる。したがって、エンコーダシステム３３により、スライダ１０のＸＹ平面内（θｚ方向も含む）の位置情報を高精度に計測できる。また、エンコーダシステム３３によるＸ軸方向、及びＹ軸方向の実質的なグレーティングＲＧ１上の検出点、及びレーザ干渉計システム３５によるＺ軸方向のスライダ１０下面上の検出点は、それぞれマーク検出系ＭＤＳの検出中心にＸＹ平面内で一致するので、検出点とマーク検出系ＭＤＳの検出中心とのＸＹ平面内のずれに起因するいわゆるアッベ誤差の発生が実質的に無視できる程度に抑制される。したがって、制御装置６０は、第１位置計測システム３０を用いることで、検出点とマーク検出系ＭＤＳの検出中心とのＸＹ平面内のずれに起因するアッベ誤差なく、スライダ１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置を高精度に計測できる。

しかし、マーク検出系ＭＤＳの光軸ＡＸ１に平行なＺ軸方向に関しては、ウエハＷの表面の位置で、エンコーダシステム３３によってスライダ１０のＸＹ平面内の位置情報を計測しているわけではない、すなわちグレーティングＲＧ１の配置面とウエハＷの表面とのＺ位置が一致しているわけではない。したがって、グレーティングＲＧ１（すなわち、スライダ１０）がＸＹ平面に対して傾斜している場合、エンコーダシステム３３の各エンコーダの計測値に基づいて、スライダ１０を位置決めすると、結果的に、グレーティングＲＧ１の配置面とウエハＷの表面とのＺ位置の差ΔＺ（すなわちエンコーダシステム３３による検出点とマーク検出系ＭＤＳによる検出中心（検出点）とのＺ軸方向の位置ずれ）に起因して、グレーティングＲＧ１のＸＹ平面に対する傾斜に応じた位置決め誤差（一種のアッベ誤差）が生じてしまう。しかるに、この位置決め誤差（位置制御誤差）は、差ΔＺと、ピッチング量θｘ、ローリング量θｙとを用いて、簡単な演算で求めることができ、これをオフセットとし、そのオフセット分だけエンコーダシステム３３（の各エンコーダ）の計測値を補正した補正後の位置情報に基づいて、スライダ１０を位置決めすることで、上記の一種のアッベ誤差の影響を受けることがなくなる。あるいは、エンコーダシステム３３（の各エンコーダ）の計測値を補正する代わりに、上記のオフセットに基づいて、スライダ１０を位置決めすべき目標位置などのスライダを動かすための１つ、又は複数の情報を補正しても良い。

なお、グレーティングＲＧ１（すなわち、スライダ１０）がＸＹ平面に対して傾斜している場合、その傾斜に起因する位置決め誤差が生じないように、ヘッド部３２を動かしても良い。すなわち、第１位置計測システム３０（例えば、干渉計システム３５）によりグレーティングＲＧ１（すなわち、スライダ１０）がＸＹ平面に対して傾斜していることが計測された場合には、第１位置計測システム３０を用いて取得される位置情報に基づいて、ヘッド部３２を保持している定盤１２を動かしても良い。定盤１２は、上述したように、除振装置１４を用いて移動することができる。

また、グレーティングＲＧ１（すなわち、スライダ１０）がＸＹ平面に対して傾斜している場合、その傾斜に起因する位置決め誤差に基づき、マーク検出系ＭＤＳを用いて取得されるマークの位置情報を補正しても良い。

第２位置計測システム５０は、図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、前述のヘッド取付部材５１の長手方向の一端部と他端部の下面にそれぞれ設けられた一対のヘッド部５２Ａ、５２Ｂと、ヘッド部５２Ａ、５２Ｂに対向して配置されたスケール部材５４Ａ、５４Ｂとを有する。スケール部材５４Ａ、５４Ｂの上面は、ウエハホルダＷＨに保持されたウエハＷの表面と同一高さとされている。スケール部材５４Ａ、５４Ｂそれぞれの上面には、反射型の２次元グレーティングＲＧ２ａ、ＲＧ２ｂが形成されている。２次元グレーティング（以下、グレーティングと略記する）ＲＧ２ａ、ＲＧ２ｂは、ともに、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型回折格子（Ｘ回折格子）と、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型回折格子（Ｙ回折格子）と、を含む。Ｘ回折格子及びＹ回折格子の格子線のピッチは、例えば１μｍと設定されている。

スケール部材５４Ａ、５４Ｂは、熱膨張率が低い材料、例えば前述したゼロ膨張材料から成り、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、支持部材５６をそれぞれ介して定盤１２上に固定されている。本実施形態では、グレーティングＲＧ２ａ、ＲＧ２ｂと、ヘッド部５２Ａ、５２Ｂとが、数ｍｍ程度のギャップを隔てて対向するように、スケール部材５４Ａ、５４Ｂ及び支持部材５６の寸法が定められている。

図５に示されるように、ヘッド取付部材５１の＋Ｘ側の端部の下面に固定された一方のヘッド部５２Ａは、同一の筐体の内部に収容された、Ｘ軸及びＺ軸方向を計測方向とするＸＺヘッド５８Ｘ_１と、Ｙ軸及びＺ軸方向を計測方向とするＹＺヘッド５８Ｙ_１とを含む。ＸＺヘッド５８Ｘ_１（より正確には、ＸＺヘッド５８Ｘ_１が発する計測ビームのグレーティングＲＧ２ａ上の照射点）と、ＹＺヘッド５８Ｙ_１（より正確には、ＹＺヘッド５８Ｙ_１が発する計測ビームの２次元グレーティングＲＧ２ａ上の照射点）とは、同一のＹ軸に平行な直線上に配置されている。

他方のヘッド部５２Ｂは、マーク検出系ＭＤＳの光軸ＡＸ１を通るＹ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＶに関してヘッド部５２Ａと対称に配置されているが、ヘッド部５２Ａと同様に構成されている。すなわち、ヘッド部５２Ｂは、基準軸ＬＶに関してＸＺヘッド５８Ｘ_１、ＹＺヘッド５８Ｙ_１と対称に配置されたＸＺヘッド５８Ｘ_２、ＹＺヘッド５８Ｙ_２とを有し、ＸＺヘッド５８Ｘ_２、ＹＺヘッド５８Ｙ_２のそれぞれからグレーティングＲＧ２ｂ上に照射される計測ビームの照射点は、同一のＹ軸に平行な直線上に設定される。ここで、基準軸ＬＶは、前述した直線ＣＬに一致する。

ＸＺヘッド５８Ｘ₁及び５８Ｘ_２、並びにＹＺヘッド５８Ｙ₁及び５８Ｙ_２のそれぞれとしては、例えば米国特許第７，５６１，２８０号明細書に開示される変位計測センサヘッドと同様の構成のエンコーダヘッドを用いることができる。

ヘッド部５２Ａ，５２Ｂは、それぞれスケール部材５４Ａ、５４Ｂを用いて、グレーティングＲＧ２ａ、ＲＧ２ｂのＸ軸方向の位置（Ｘ位置）及びＺ軸方向の位置（Ｚ位置）を計測するＸＺリニアエンコーダ、及びＹ軸方向の位置（Ｙ位置）及びＺ位置を計測するＹＺリニアエンコーダを構成する。ここで、グレーティングＲＧ２ａ、ＲＧ２ｂは、定盤１２上に支持部材５６をそれぞれ介して固定されたスケール部材５４Ａ、５４Ｂの上面に形成されており、ヘッド部５２Ａ，５２Ｂは、マーク検出系ＭＤＳと一体のヘッド取付部材５１に設けられている。この結果、ヘッド部５２Ａ，５２Ｂは、マーク検出系ＭＤＳに対する定盤１２の位置（マーク検出系ＭＤＳと定盤１２との位置関係）を計測する。以下では、便宜上、ＸＺリニアエンコーダ、ＹＺリニアエンコーダを、ＸＺヘッド５８Ｘ₁、５８Ｘ_２、ＹＺヘッド５８Ｙ₁、５８Ｙ_２とそれぞれ同一の符号を用いて、ＸＺリニアエンコーダ５８Ｘ₁、５８Ｘ_２、及びＹＺリニアエンコーダ５８Ｙ₁、５８Ｙ_２と表記する（図６参照）。

本実施形態では、ＸＺリニアエンコーダ５８Ｘ₁とＹＺリニアエンコーダ５８Ｙ₁とによって、定盤１２のマーク検出系ＭＤＳに対するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及びθｘの各方向に関する位置情報を計測する４軸エンコーダ５８_１が構成される（図６参照）。同様に、ＸＺリニアエンコーダ５８Ｘ_２とＹＺリニアエンコーダ５８Ｙ_２とによって、定盤１２のマーク検出系ＭＤＳに対するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及びθｘの各方向に関する位置情報を計測する４軸エンコーダ５８_２が構成される（図６参照）。この場合、４軸エンコーダ５８_１、５８_２でそれぞれ計測される定盤１２のマーク検出系ＭＤＳに対するＺ軸方向に関する位置情報に基づいて、定盤１２のマーク検出系ＭＤＳに対するθｙ方向に関する位置情報が求められ（計測され）、４軸エンコーダ５８_１、５８_２でそれぞれ計測される定盤１２のマーク検出系ＭＤＳに対するＹ軸方向に関する位置情報に基づいて、定盤１２のマーク検出系ＭＤＳに対するθｚ方向に関する位置情報が求められる（計測される）。

したがって、４軸エンコーダ５８_１と４軸エンコーダ５８_２とによって、定盤１２のマーク検出系ＭＤＳに対する６自由度方向の位置情報、すなわちマーク検出系ＭＤＳと定盤１２との６自由度方向に関する相対位置の情報を計測する第２位置計測システム５０が構成される。第２位置計測システム５０によって計測されるマーク検出系ＭＤＳと定盤１２との６自由度方向に関する相対位置の情報は、制御装置６０に常時供給されており、制御装置６０は、この相対位置の情報に基づいて、第１位置計測システム３０の検出点が、マーク検出系ＭＤＳの検出中心に対して、所望の位置関係になるように、具体的には、第１位置計測システム３０の検出点が、マーク検出系ＭＤＳの検出中心とＸＹ平面内の位置が例えばｎｍレベルで一致し、かつスライダ１０上のウエハＷの表面がマーク検出系ＭＤＳの検出位置に一致するように、３つの除振装置１４のアクチュエータをリアルタイムで制御している。このとき、例えば基準軸ＬＶに、前述した直線ＣＬが一致する。なお、第１位置計測システム３０の検出点が、マーク検出系ＭＤＳの検出中心に対して、所望の位置関係になるように制御可能であれば、第２位置計測システム５０は、６自由度のすべての方向で相対位置の情報を計測できなくても良い。

図６には、本実施形態に係る計測装置１００の制御系を中心的に構成する制御装置６０の入出力関係を示すブロック図が示されている。制御装置６０は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等を含み、計測装置１００の構成各部を統括制御する。図６に示されるように、計測装置１００は、図１に示される構成部分とともにチャンバ内に配置されたウエハ搬送系７０を備えている。ウエハ搬送系７０は、例えば水平多関節型ロボットから成る。

次に、上述のようにして構成された本実施形態に係る計測装置１００において、１ロットのウエハを処理する際の一連の動作について、制御装置６０の処理アルゴリズムに対応する図７のフローチャートに基づいて説明する。

前提として、計測装置１００の計測対象であるウエハＷは３００ミリウエハであり、ウエハＷ上には、前層以前の露光により、複数、例えばＩ個（一例としてＩ＝９８）のショット領域と呼ばれる区画領域（以下、ショットとも呼ぶ）がマトリクス状の配置で形成され、各ショットを取り囲むストリートライン又は各ショット内部のストリートライン（１ショット複数チップ取りの場合）の上には、複数種類のマーク、例えばサーチアライメント用のサーチアライメントマーク（サーチマーク）、ファインアライメント用のウエハアライメントマーク（ウエハマーク）などが設けられているものとする。この複数種類のマークは区画領域とともに形成される。本実施形態では、サーチマーク及びウエハマークとして、２次元マークが用いられるものとする。

また、計測装置１００は、マーク検出系ＭＤＳによるマーク検出条件が互いに異なる複数の計測モードを設定可能であるものとする。複数の計測モードとして、一例として、全ウエハに対し全ショットについて各１つのウエハマークを検出するＡモード、及びロット内の最初の所定枚数のウエハについては全てのショットについて複数のウエハマークを検出し、そのウエハマークの検出結果に応じて、ロット内の残りのウエハについて、ショット毎に検出対象となるウエハマーク決定し、その決定したウエハマークを検出するＢモードと、を設定可能であるものとする。

また、計測装置１００のオペレータにより、予めウエハＷに対するアライメント計測に必要な情報が不図示の入力装置を介して入力され、制御装置６０のメモリ内に記憶されているものとする。ここで、アライメント計測に必要な情報としては、ウエハＷの厚さ情報、ウエハホルダＷＨのフラットネス情報、ウエハＷ上のショット領域及びアライメントマークの配置の設計情報などの各種情報が含まれる。なお、計測モードの設定情報は、例えば、オペレータにより、不図示の入力装置を介して予め入力されているものとする。

図７のフローチャートに対応する処理アルゴリズムがスタートするのは、例えばオペレータによって計測開始が指示されたときである。このとき、１ロットのウエハは、所定位置にあるウエハキャリア内に収納されているものとする。これに限らず、例えば計測装置１００がインラインにて基板処理装置（例えばコータ・デベロッパ等）に接続されている場合などには、その基板処理装置の制御系から１ロットのウエハの搬送開始の許可要求があり、その要求に対して応答し、１枚目のウエハが所定の受け渡し位置に搬入されたときに、スタートすることとしても良い。なお、インラインにて接続されるとは、ウエハ（基板）の搬送経路がつながっている状態で、異なる装置同士が接続されることを意味し、本明細書では、かかる意味で、「インラインにて接続」あるいは「インライン接続」なる用語を用いる。

まず、ステップＳ１０２でロット内のウエハの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Ｓ１０４で、ウエハＷを、スライダ１０上にロードする。このウエハＷのロードは、制御装置６０の管理の下、ウエハ搬送系７０とスライダ１０上の上下動部材とによって行われる。具体的には、ウエハ搬送系７０によりウエハＷがウエハキャリア（又は受け渡し位置）からローディングポジションにあるスライダ１０の上方に搬送され、駆動装置１３により上下動部材が所定量上昇駆動されることで、ウエハＷが上下動部材に渡される。そして、ウエハ搬送系７０がスライダ１０の上方から退避した後、駆動装置１３により上下動部材が下降駆動されることで、ウエハＷがスライダ１０上のウエハホルダＷＨ上に載置される。そして、バキュームポンプ１１がオンにされ、スライダ１０上にロードされたウエハＷがウエハホルダＷＨで真空吸着される。なお、計測装置１００がインラインにて基板処理装置に接続されている場合には、基板処理装置側のウエハ搬送系から順次ウエハが搬入され、受け渡し位置に載置される。

次のステップＳ１０６では、ウエハＷのＺ軸方向の位置（Ｚ位置）を調整する。このＺ位置の調整に先立って、制御装置６０により、第２位置計測システム５０によって計測されるマーク検出系ＭＤＳと定盤１２とのＺ軸方向、θｙ方向、θｘ方向に関する相対的な位置情報に基づいて、３つの除振装置１４のエアマウントの内圧（除振装置１４が発生するＺ軸方向の駆動力）が制御され、定盤１２は、その上面が、ＸＹ平面に平行になり、Ｚ位置が所定の基準位置となるように設定されている。ウエハＷは厚さが一様であると考えられる。したがって、ステップＳ１０６では、制御装置６０は、メモリ内のウエハＷの厚さ情報に基づいて、マーク検出系ＭＤＳによるオートフォーカス機能により光学系の焦点位置を調整可能な範囲にウエハＷ表面が設定されるように、３つの除振装置１４が発生するＺ軸方向の駆動力、例えばエアマウントの内圧（圧縮空気の量）を調整して、定盤１２をＺ軸方向に駆動し、ウエハＷ表面のＺ位置を調整する。なお、計測ユニット４０が焦点位置検出系を備えている場合には、制御装置６０は、焦点位置検出系の検出結果（出力）に基づいてウエハ表面のＺ位置調整を行うこととしても良い。例えば、マーク検出系ＭＤＳが、先端部の光学素子（対物光学素子）を介してウエハＷ表面のＺ軸方向の位置を検出する焦点位置検出系を備えていても良い。また、焦点位置検出系の検出結果に基づくウエハＷの表面のＺ位置の調整は、除振装置１４を使って定盤１２を動かして、定盤１２とともにスライダ１０を動かすことによって行なうことができる。なお、スライダ１０を、ＸＹ平面内の方向のみならず、Ｚ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向にも駆動可能な構成の駆動システム２０を採用し、その駆動システム２０を使ってスライダ１０を動かしても良い。なお、ウエハ表面のＺ位置調整は、ウエハ表面の傾斜調整を含んでいても良い。ウエハ表面の傾斜を調整するために駆動システム２０を用いることによって、グレーティングＲＧ１の配置面とウエハＷの表面とのＺ位置の差ΔＺに起因する誤差（一種のアッベ誤差）が生じる可能性がある場合には、上述したような対策の少なくとも１つを実行すれば良い。

次のステップＳ１０８では、ウエハＷのサーチアライメントを行う。具体的には、例えば、ウエハＷ中心に関してほぼ対称に周辺部に位置する少なくとも２つのサーチマークをマーク検出系ＭＤＳを用いて検出する。制御装置６０は、駆動システム２０によるスライダ１０の駆動を制御して、それぞれのサーチマークをマーク検出系ＭＤＳの検出領域（検出視野）内に位置決めしつつ、第１位置計測システム３０による計測情報及び第２位置計測システム５０による計測情報を取得し、マーク検出系ＭＤＳを用いてウエハＷに形成されたサーチマークを検出した時の検出信号と、第１位置計測システム３０による計測情報（及び第２位置計測システム５０による計測情報）とに基づいて、各サーチマークの位置情報を求める。

より具体的には、制御装置６０は、信号処理装置４９から出力されるマーク検出系ＭＤＳの検出結果（検出信号から求まるマーク検出系ＭＤＳの検出中心（指標中心）と各サーチマークとの相対位置関係）と、各サーチマーク検出時の第１位置計測システム３０の計測値及び第２位置計測システム５０の計測値とに基づいて、２つのサーチマークの基準座標系上の位置座標を求める。ここで、基準座標系は、第１位置計測システム３０の測長軸によって規定される直交座標系である。

しかる後、２つのサーチマークの位置座標からウエハＷの残留回転誤差を算出し、この回転誤差がほぼ零となるようにスライダ１０を微小回転させる。これにより、ウエハＷのサーチアライメントが終了する。なお、ウエハＷは、実際にはプリアライメントが行われた状態でスライダ１０上にロードされるので、ウエハＷの中心位置ずれは無視できるほど小さく、残留回転誤差は非常に小さい。

次のステップＳ１１０では、設定された計測モードがＡモードであるか否かを判断する。そして、このステップＳ１１０における判断が肯定された場合、すなわちＡモードが設定されている場合には、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２では、全ウエハに対するアライメント計測（全ショット１点計測、言い換えれば、全ショットＥＧＡ計測）、すなわち９８個のショットのそれぞれについて、１つのウエハマークを計測する。具体的には、制御装置６０は、前述したサーチアライメント時における各サーチマークの位置座標の計測と同様にして、ウエハＷ上のウエハマークの基準座標系上における位置座標、すなわち、ショットの位置座標を求める。ただし、この場合、サーチアライメント時とは異なり、ショットの位置座標の算出に際しては、第２位置計測システム５０の計測情報を、必ず用いる。その理由は、前述したように、制御装置６０により、第２位置計測システム５０の計測情報に基づいて、第１位置計測システム３０の検出点が、マーク検出系ＭＤＳの検出中心とＸＹ平面内の位置が例えばｎｍレベルで一致し、かつスライダ１０上のウエハＷの表面がマーク検出系ＭＤＳの検出位置に一致するように、３つの除振装置１４のアクチュエータがリアルタイムで制御されている。しかし、ウエハマークの検出時において、第１位置計測システム３０の検出点が、マーク検出系ＭＤＳの検出中心とＸＹ平面内の位置が例えばｎｍレベルで一致している補償はないので、両者の位置ずれ量をオフセットとして考慮して、ショットの位置座標を算出する必要があるからである。例えば、上記オフセットを用いて、マーク検出系ＭＤＳの検出結果又は第１位置計測システム３０の計測値を補正することで、算出されるウエハＷ上のウエハマークの基準座標系上における位置座標を補正することができる。

ここで、この全ショット１点計測に際して、制御装置６０は、スライダ１０（ウエハＷ）を、駆動システム２０を介してＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方の方向に移動してウエハマークを、マーク検出系ＭＤＳの検出領域内に位置決めする。すなわち、ステップ・アンド・リピート方式でスライダ１０をＸＹ平面内でマーク検出系ＭＤＳに対して移動して、全ショット１点計測が行われる。

なお、計測ユニット４０が焦点位置検出系を備えている場合には、ステップＳ１０６での説明と同様に、制御装置６０は、焦点位置検出系の検出結果（出力）に基づいてウエハ表面のＺ位置の調整を行っても良い。

ステップＳ１１２の全ウエハに対するアライメント計測（全ショット１点計測）に際して、スライダ１０がＸＹ平面内で移動されると、その移動に伴い、定盤１２に偏荷重が作用するが、本実施形態では、制御装置６０が、第１位置計測システム３０の計測情報に含まれるスライダのＸ、Ｙ座標位置に応じて、偏荷重の影響が相殺されるように３つの除振装置１４を個別にフィード・フォワード制御し、それぞれの除振装置１４が発生するＺ軸方向の駆動力を個別に制御する。なお、制御装置６０は、第１位置計測システム３０の計測情報を用いることなく、スライダ１０の既知の移動経路の情報に基づいて、定盤１２に作用する偏荷重を予測し、偏荷重の影響が相殺されるように３つの除振装置１４を個別にフィード・フォワード制御しても良い。また、本実施形態では、ウエハホルダＷＨのウエハ保持面（ピンチャックの多数のピンの上端面で規定される面）の凹凸の情報（以下、ホルダフラットネス情報と呼ばれる）は、予め実験等で求められているので、アライメント計測（例えば全ショット１点計測）に際して、スライダ１０を移動する際に、制御装置６０は、そのホルダフラットネス情報に基づいて、ウエハＷ表面の計測対象のウエハマークを含む領域が、マーク検出系ＭＤＳの光学系の焦点深度の範囲内に迅速に位置するように、３つの除振装置１４をフィード・フォワード制御することで、定盤１２のＺ位置を微調整する。なお、上述の定盤１２に作用する偏荷重の影響を相殺するためのフィード・フォワード制御及びホルダフラットネス情報に基づくフィード・フォワード制御のいずれか一方、または両方は実行しなくても良い。

なお、マーク検出系ＭＤＳの倍率の調整が可能である場合には、サーチアライメントに際しては、低倍率に設定し、アライメント計測に際しては、高倍率に設定することにしても良い。また、スライダ１０上にロードされたウエハＷの中心位置ずれ、および残留回転誤差が無視できるほど小さい場合には、ステップＳ１０８を省いても良い。

ステップＳ１１２における全ショット１点計測において、後述するＥＧＡ演算で用いられる、基準座標系におけるサンプルショット領域（サンプルショット）の位置座標の実測値が検出されることとなる。サンプルショットとは、ウエハＷ上の全てのショットのうち、後述するＥＧＡ演算で用いられるものとして、予め定められた特定の複数（少なくとも３つ）のショットを指す。なお、全ショット１点計測では、ウエハＷ上の全ショットがサンプルショットとなる。ステップＳ１１２の後、ステップＳ１２４に進む。

この一方、ステップＳ１１０における判断が否定された場合、すなわちＢモードが設定されている場合には、ステップＳ１１４に移行し、カウント値ｉが所定数Ｋ（Ｋは、１＜Ｋ＜Ｉを満足する自然数で、予め定められた数、例えば４である）より小さいか否かを判断する。なお、カウント値ｉは、後述するステップＳ１２８でインクリメントされる。そして、このステップＳ１１４における判断が肯定された場合には、ステップＳ１２０に移行し、全ショット多点計測を行う。ここで、全ショット多点計測とは、ウエハＷ上の全てのショットについて、それぞれ複数のウエハマークを計測することを意味する。計測対象となる複数のウエハマークは、予め定められている。例えば、ショットの形状（理想格子からの形状誤差）を統計演算により求めることができる配置の複数のウエハマークを計測対象としても良い。計測の手順は、計測対象のマークの数が異なる点を除いて、ステップＳ１１２における全ショット１点計測の場合と同様であるので、詳細説明は省略する。ステップＳ１２０の後、ステップＳ１２４に移行する。

一方、ステップＳ１１４における判断が否定された場合には、ステップＳ１１６に移行し、カウント値ｉがＫ＋１より小さいか否かを判断する。ここで、このステップＳ１１６における判断が肯定されるのは、カウント値ｉがｉ≧Ｋかつｉ＜ｋ＋１の場合であるから、ｉ＝Ｋの場合となる。

ステップＳ１１６の判断が肯定された場合には、ステップＳ１１８に進み、それまでに計測が行われたＫ−１枚（例えばＫ＝４の場合は３枚）のウエハＷに対するウエハマークの検出結果に基づいて、ショット毎に計測対象とすべきウエハマークを決定する。具体的には、ショット毎に、１つのウエハマークの検出で十分か、複数のウエハマークを検出すべきかを決定する。後者の場合、どのウエハマークを検出対象とするかも決定する。例えば、ショット毎に複数のウエハマークそれぞれの実測位置と設計位置との差（絶対値）を求め、その差の最大値と最小値との差が、ある閾値を超えるか否かで、ショット毎に、複数のウエハマークを検出すべきか、１つのウエハマークの検出で十分か、を決定する。前者の場合、例えば実測位置と設計位置との差（絶対値）が最大となるウエハマークと最小となるウエハマークが含まれるように、検出すべきウエハマークが決定される。ステップＳ１１８の後、ステップＳ１２２に進む。

一方、ステップＳ１１６における判断が否定された場合には、ステップＳ１２２に移行する。ここで、ステップＳ１１６における判断が否定されるのは、カウント値ｉが、Ｋ＋１≦ｉを満たす場合であり、必ず、その前に、カウント値ｉ＝ＫとなってステップＳ１１８でショット毎に計測対象とすべきウエハマークが決定されている。

ステップＳ１２２では、ステップＳ１１８でショット毎に決定された計測対象とすべきウエハマークを計測する。計測の手順は、計測対象のマークの数が異なる点を除いて、ステップＳ１１２における全ショット１点計測の場合と同様であるので、詳細説明は省略する。ステップＳ１２２の後、ステップＳ１２４に移行する。

これまでの説明からわかるように、Ｂモードの場合、ロット内の第１枚目から第Ｋ−１枚目（例えば第３枚目）までのウエハに対しては、全ショット多点計測が行われ、Ｋ枚目（例えば第４枚目）から第Ｉ枚目（例えば第２５枚目）までのウエハに対しては、最初のＫ−１枚（例えば３枚）のウエハの全ショット多点計測の結果に基づいて、ショット毎に決定されたウエハマークの計測が行われることとなる。

ステップＳ１２４では、ステップＳ１１２、ステップＳ１２０及びステップＳ１２２のいずれかのステップで計測したウエハマークの位置情報を用いて、ＥＧＡ演算を行う。ＥＧＡ演算とは、上述のウエハマークの計測（ＥＧＡ計測）の後、サンプルショットの位置座標の設計値と実測値との差のデータに基づいて、最小二乗法等の統計演算を用いて、ショットの位置座標と、そのショットの位置座標の補正量との関係を表現するモデル式の係数を求める統計演算を意味する。

本実施形態では、一例として、次のモデル式が、ショットの位置座標の設計値からの補正量の算出に用いられる。

ここで、ｄｘ、ｄｙは、ショットの位置座標の設計値からのＸ軸方向，Ｙ軸方向の補正量であり、Ｘ、Ｙは、ウエハＷの中心を原点とするウエハ座標系におけるショットの設計上の位置座標である。すなわち、上記式（１）は、ウエハの中心を原点とするウエハ座標系における各ショットの設計上の位置座標Ｘ、Ｙに関する多項式であり、その位置座標Ｘ、Ｙと、そのショットの位置座標の補正量（アライメント補正成分）ｄｘ、ｄｙとの関係を表現するモデル式となっている。なお、本実施形態では、前述したサーチアライメントにより、基準座標系とウエハ座標系との回転がキャンセルされるため、以下では、基準座標系と、ウエハ座標系を特に区別せず、すべて基準座標系であるものとして説明する。

モデル式（１）を用いれば、ウエハＷのショットの位置座標Ｘ，Ｙから、そのショットの位置座標の補正量を求めることができる。ただし、この補正量を算出するためには、係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…を求める必要がある。ＥＧＡ計測の後、そのサンプルショットの位置座標の設計値と実測値との差のデータに基づいて、最小二乗法等の統計演算を用いて、上記式（１）の係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…を求める。

モデル式（１）の係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…を決定後、係数決定後のモデル式（１）にウエハ座標系における各ショット（区画領域）の設計上の位置座標Ｘ、Ｙを代入して、各ショットの位置座標の補正量ｄｘ、ｄｙを求めることで、ウエハＷ上の複数のショット（区画領域）の真の配列（変形成分として、線形成分のみならず、非線形成分まで含む）を求めることができる。

ところで、既に露光が行われたウエハＷの場合、それまでのプロセスの影響により、計測結果として得られる検出信号の波形が、全てのウエハマークについて良好であるとは限らない。かかる計測結果（検出信号の波形）が不良なウエハマークの位置を、上記のＥＧＡ演算に含めると、その計測結果（検出信号の波形）が不良なウエハマークの位置誤差が、係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…の算出結果に悪影響を与える。

そこで、本実施形態では、信号処理装置４９が、計測結果が良好なウエハマークの計測結果のみを、制御装置６０に送り、制御装置６０は、計測結果を受信した全てのウエハマークの位置を用いて、上述のＥＧＡ演算を実行するようになっている。なお、上記式（１）の多項式の次数に特に制限はない。制御装置６０は、ＥＧＡ演算の結果を、その演算に用いられたマークに関する情報とともに、ウエハの識別情報（例えばウエハ番号、ロット番号）に対応づけて、アライメント履歴データファイルとして作成し、内部又は外部の記憶装置に記憶する。

ステップＳ１２４のＥＧＡ演算が終了すると、ステップＳ１２６に進み、ウエハＷをスライダ１０上からアンロードする。このアンロードは、制御装置６０の管理の下、ステップＳ１０４におけるロードの手順と逆の手順で、ウエハ搬送系７０とスライダ１０上の上下動部材とによって行われる。

次のステップＳ１２８では、カウンタのカウント値ｉを１インクリメント（ｉ←ｉ＋１）した後、ステップＳ１３０に進んで、カウント値ｉがロット内のウエハの総数Ｉより大きいか否かを判断する。そして、このステップＳ１３０における判断が否定された場合には、ロット内の全てのウエハに対する処理が終了していないと判断して、ステップＳ１０４に戻り、以降ステップＳ１３０における判断が肯定されるまで、ステップＳ１０４〜ステップＳ１３０までの処理（判断を含む）を繰り返す。

そして、ステップＳ１３０における判断が肯定されると、ロット内の全てのウエハに対して処理が終了したと判断して、本ルーチンの一連の処理を終了する。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る計測装置１００によると、制御装置６０は、駆動システム２０によるスライダ１０の移動を制御しつつ、第１位置計測システム３０、及び第２位置計測システム５０を用いて、定盤１２に対するスライダ１０の位置情報、及びマーク検出系ＭＤＳと定盤１２との相対的な位置情報を取得するとともに、マーク検出系ＭＤＳを用いてウエハＷに形成された複数のマークの位置情報を求めている。したがって、計測装置１００によると、ウエハＷに形成された複数のマークの位置情報を、精度良く求めることができる。

また、本実施形態に係る計測装置１００によると、制御装置６０は、第２位置計測システム５０による計測情報（定盤１２とマーク検出系ＭＤＳとの相対的な位置情報）を常時取得し、マーク検出系ＭＤＳの検出中心と定盤１２に対するスライダ１０の６自由度方向の位置情報を検出する第１位置計測システムの計測点との位置関係がｎｍレベルで所望の関係に維持されるように、３つの除振装置１４（のアクチュエータ）を介して定盤１２の６自由度方向の位置をリアルタイムで制御している。また、制御装置６０は、駆動システム２０によるスライダ１０の駆動を制御しつつ、第１位置計測システム３０による計測情報（定盤１２に対するスライダ１０の位置情報）及び第２位置計測システム５０による計測情報（定盤１２とマーク検出系ＭＤＳとの相対的な位置情報）を取得し、マーク検出系ＭＤＳを用いてウエハＷに形成されたマークを検出した時の検出信号と、マーク検出系ＭＤＳを用いてウエハＷに形成されたマークを検出した時に得られる第１位置計測システム３０による計測情報と、マーク検出系ＭＤＳを用いてウエハＷに形成されたマークを検出した時に得られる第２位置計測システム５０による計測情報とに基づいて、複数のウエハマークの位置情報を求める。したがって、計測装置１００によると、ウエハＷに形成された複数のマークの位置情報を、精度良く求めることができる。

なお、例えば、計測されたマークの位置情報を用いてＥＧＡ演算を行なうことなく、計測されたマークの位置情報に基づいて、後述する露光の際のウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）の位置制御を行なう場合などには、例えば上記の第２位置計測システム５０による計測情報を、マークの位置情報の算出には用いなくても良い。ただし、この場合には、マーク検出系ＭＤＳを用いてウエハＷに形成されたマークを検出した時に得られる第２位置計測システム５０による計測情報を、オフセットして用いて、例えばウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）の位置決め目標値などウエハＷを移動させるための情報を補正することとすれば良い。あるいは、上記のオフセットを考慮して、露光時における後述するレチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）の移動を制御することとしても良い。

また、本実施形態に係る計測装置１００によると、アライメント計測に際し、ウエハＷ上のＩ個（例えば９８個）のショットのそれぞれについて、少なくとも各１つのウエハマークの位置情報が計測され、この位置情報を用い、最小二乗法等の統計演算により、上記式（１）の係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…が求められる。したがって、ウエハグリッドの変形成分を、線形成分のみならず、非線形成分まで、正確に求めることが可能になる。ここで、ウエハグリッドとは、ショットマップ（ウエハＷ上に形成されたショットの配列に関するデータ）に従って配列されたウエハＷ上のショットの中心を結んで形成される格子を意味する。

また、本実施形態に係る計測装置１００によると、ウエハＷが載置され保持されるスライダ１０の６自由度方向の位置情報を計測する第１位置計測システム３０は、少なくともウエハＷ上のウエハマークを、マーク検出系ＭＤＳで検出するため、スライダ１０が移動する範囲では、ヘッド部３２から計測ビームをグレーティングＲＧ１に照射し続けることができる。したがって、第１位置計測システム３０は、マーク検出のためにスライダ１０が移動するＸＹ平面内の全範囲で、連続して、その位置情報の計測が可能である。したがって、例えば計測装置１００の製造段階（半導体製造工場の内での装置の立ち上げ段階を含む）において、第１位置計測システム３０の測長軸によって規定される直交座標系（基準座標系）の原点出しを行うことで、スライダ１０の絶対位置、ひいてはスライダ１０の位置情報とマーク検出系ＭＤＳの検出結果とから求められる、スライダ１０上に保持されたウエハＷ上のマーク（サーチマーク、ウエハマークに限らず、その他のマーク、例えば重ね合わせ計測マーク（レジストレーションマーク）なども含む）の絶対位置を、基準座標系上で管理することが可能である。なお、本明細書で「絶対位置」とは、基準座標系上における座標位置を意味する。

計測装置１００により求められたウエハＷのショットの位置座標の補正量（上記式（１）の係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…）は、例えば露光装置によりウエハＷを露光する際の露光位置に対するウエハの位置合わせに用いられるものと考えられる。しかるに、露光装置により計測装置１００で位置座標の補正量が計測されたウエハＷを露光するためには、そのウエハＷを、スライダ１０からアンロードした後、露光装置のウエハステージ上にロードする必要がある。スライダ１０上のウエハホルダＷＨと、露光装置のウエハステージ上のウエハホルダとは、仮に同一タイプのウエハホルダが用いられていたとしても、ウエハホルダの個体差によりウエハＷの保持状態が異なる。このため、せっかく、計測装置１００でウエハＷのショットの位置座標の補正量（上記式（１）の係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…）を求めていても、その係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…の全てをそのまま用いることはできない。しかるに、ウエハホルダ毎にウエハＷの保持状態が異なることで影響を受けるのは、ショットの位置座標の補正量の１次以下の低次成分（線形成分）であり、２次以上の高次成分は殆ど影響を受けないものと考えられる。その理由は、２次以上の高次成分は、主としてプロセスに起因するウエハＷの変形に起因して生じる成分であると考えられ、ウエハホルダによるウエハの保持状態とは無関係な成分であると考えて差し支えないからである。

かかる考えに基づけば、計測装置１００により、時間を掛けてウエハＷについて求めた高次成分の係数ａ_３、ａ_４、……、ａ_９、……、及びｂ_３、ｂ_４、……、ｂ_９、……は、露光装置でのウエハＷの位置座標の補正量の高次成分の係数としてもそのまま用いることが可能である。したがって、露光装置のウエハステージ上では、ウエハＷの位置座標の補正量の線形成分を求めるための簡易なＥＧＡ計測（例えば３〜１６個程度のウエハマークの計測）を行うだけで良くなる。計測装置１００は、露光装置とは別の装置であるから、基板の露光処理におけるスループットの低下を招くことなく、基板上のより多くのマークの位置情報を求めることが可能になる。

また、露光装置による、前述した簡易なＥＧＡ計測及び露光を含む露光装置によるウエハの処理と並行して、計測装置１００で別のウエハについてアライメント計測を行うようにすれば、ウエハ処理のスループットを殆ど低下させることがない、効率的な処理が可能になる。

なお、上記実施形態では、説明の簡略化のため、計測モードとしてＡモードとＢモードとのいずれかが設定されるものとしたが、これに限らず、ロット内の全てのウエハ上の全ショットについて２以上の第１の数のウエハマークを検出するＣモード、及びロット内の全てのウエハについて、一部のショット、例えばウエハの周辺部に位置する予め定められたショットについては２以上の第２の数のウエハマークを検出し、残りのショットについては各１つのウエハマークを検出するモード（Ｄモードと呼ぶ）などを設けても良い。さらに、ロット内の最初の所定枚数のウエハについてのウエハマークの検出結果に応じて、ロット内の残りのウエハについては、Ａモード、Ｃモード、Ｄモードのいずれかを選択するＥモードを設けても良い。

また、計測装置１００の計測モードとして、ロット内の全てのウエハについて、一部のショット、例えば、９割又は８割の数のショットの１つ以上のウエハマークを計測したり、ウエハの中央部に位置するショットについては、一つ間隔をあけたショットの１つ以上のウエハマークを計測しても良い。

なお、上記実施形態では、グレーティングＲＧ１、ＲＧ２ａ、ＲＧ２ｂそれぞれが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を周期方向とする場合について説明したが、これに限らず、第１位置計測システム３０、第２位置計測システム５０のそれぞれが備える格子部（２次元グレーティング）は、ＸＹ平面内で互いに交差する２方向を周期方向としていれば良い。

また、上記実施形態で説明した第１位置計測システム３０のヘッド部３２の構成、及び検出点の配置などは一例に過ぎないことは勿論である。例えば、マーク検出系ＭＤＳの検出点と、ヘッド部３２の検出中心とは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方で、位置が一致していなくても良い。また、第１計測システム３０のヘッド部とグレーティングＲＧ１（格子部）との配置は反対でも良い。すなわち、スライダ１０にヘッド部が設けられ、定盤１２に格子部が設けられていても良い。また、第１位置計測システム３０は、エンコーダシステム３３とレーザ干渉計システム３５とを必ずしも備えている必要はなく、エンコーダシステムのみによって第１位置計測システム３０を構成しても良い。ヘッド部からスライダ１０のグレーティングＲＧ１にビームを照射し、グレーティングからの戻りビーム（回折ビーム）を受光して定盤１２に対するスライダ１０の６自由度方向の位置情報を計測するエンコーダシステムにより、第１位置計測システムを構成しても良い。この場合において、ヘッド部のヘッドの構成は特に問わない。例えば、グレーティングＲＧ１上の所定点に対してＸ軸方向に同一距離離れた２点に検出ビームを照射する一対のＸＺヘッドと、所定点に対してＹ軸方向に同一距離離れた２点に検出ビームを照射する一対のＹＺヘッドとを設けても良いし、あるいは、グレーティングＲＧ１のＸ軸方向に離れた２つの点にそれぞれ検出ビームを照射する一対の３次元ヘッドと、上記２つの点とは、Ｙ軸方向の位置が異なる点に検出ビームを照射するＸＺヘッド又はＹＺヘッドとを設けても良い。第１位置計測システム３０は、定盤１２に対するスライダ１０の６自由度方向の位置情報を必ずしも計測できる必要はなく、例えばＸ、Ｙ、θｚ方向の位置情報を計測できるのみであっても良い。また、定盤１２に対するスライダ１０の位置情報を計測する第１位置計測システムが、定盤１２とスライダ１０との間に配置されていても良い。

同様に、上記実施形態で説明した第２位置計測システム５０の構成は、一例に過ぎない。例えば、ヘッド部５２Ａ、５２Ｂが、定盤１２側に固定され、スケール５４Ａ、５４Ｂがマーク検出系ＭＤＳと一体的に設けられていても良い。また、第２計測システム５０が、一対のヘッド部５２Ａ、５２Ｂを備えている場合について例示したが、これに限らず、第２計測システム５０は、ヘッド部を１つのみ備えていても良いし、３つ以上備えていても良い。いずれにしても、第２位置計測システム５０によって、定盤１２とマーク検出系ＭＤＳとの、６自由度方向の位置関係を計測できることが望ましい。ただし、第２計測システム５０は、必ずしも、６自由度方向全ての位置関係を計測できなくても良い。

なお、上記実施形態では、スライダ１０が、複数のエアベアリング１８によって定盤１２上に浮上支持され、スライダ１０をＸ軸方向に駆動する第１駆動装置２０Ａと、スライダ１０を第１駆動装置２０Ａと一体でＹ軸方向に駆動する第２駆動装置２０Ｂとを含んで、スライダ１０を定盤１２に対して非接触状態で駆動する駆動システム２０が構成された場合について説明した。しかし、これに限らず、駆動システム２０として、スライダ１０を、定盤１２上で６自由度方向に駆動する構成の駆動システムを採用しても良い。かかる駆動システムを、一例として磁気浮上型の平面モータによって構成しても良い。かかる場合には、エアベアリング１８は不要になる。なお、計測装置１００は、除振装置１４とは別に、定盤１２を駆動する駆動システムを備えていても良い。

《第２の実施形態》
次に、上述した計測装置１００を含むリソグラフィシステムに関する第２の実施形態について、図８〜図１０に基づいて説明する。

本第２の実施形態に係るリソグラフィシステム１０００は、図８に示されるように、互いにインライン接続された露光装置２００、計測装置１００及び基板処理装置３００を、備えている。ここで、基板処理装置３００として、コータ・デベロッパ（Ｃ／Ｄ）が用いられているので、以下では、適宜、Ｃ／Ｄ３００とも表記する。リソグラフィシステム１０００は、クリーンルーム内に設置されている。

通常のリソグラフィシステムでは、例えば米国特許第６，６９８，９４４号明細書などに開示されるように、露光装置と基板処理装置（Ｃ／Ｄ）との間に両者をインラインにて接続するためのウエハ搬送系をチャンバの内部に有するインラインインタフェース部が配置される。一方、図８を見るとわかるように、本第２の実施形態に係るリソグラフィシステム１０００では、インラインインタフェース部に代えて、計測装置１００が、露光装置２００とＣ／Ｄ３００との間に配置されている。

リソグラフィシステム１０００が備える、露光装置２００、Ｃ／Ｄ３００及び計測装置１００は、いずれもチャンバを有し、チャンバ同士が隣接して配置されている。露光装置２００が有する露光制御装置２２０と、Ｃ／Ｄ３００が有する塗布現像制御装置３２０と、計測装置１００が有する制御装置６０とは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）５００を介して互いに接続されており、三者間で通信を行う。ＬＡＮ５００には、記憶装置４００も接続されている。

露光装置２００は、一例としてステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（スキャナ）である。図９には、露光装置２００のチャンバ内の構成部分が一部省略して示されている。

露光装置２００は、図９に示されるように、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感応剤（レジスト）が塗布されたウエハＷ上に投影する投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内を移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。露光装置２００は、前述のマーク検出系ＭＤＳの光軸ＡＸ１と平行なＺ軸方向の光軸ＡＸを有する投影光学系ＰＬを備えている。

照明系ＩＯＰは、光源、及び光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含み、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上でＸ軸方向（図９における紙面直交方向）に細長く伸びる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。照明系ＩＯＰの構成は、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ている。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、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ＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図９における下方に配置されている。レチクルステージＲＳＴ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２１１（図９では不図示、図１０参照）によって、不図示のレチクルステージ定盤上を、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図９における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定ストローク範囲で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴ上には、−Ｚ側の面（パターン面）にパターン領域と、該パターン領域との位置関係が既知の複数のマークと、が形成されたレチクルＲが載置されている。レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）２１４によって、移動鏡２１２（又はレチクルステージＲＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。レチクル干渉計２１４の計測情報は、露光制御装置２２０（図１０参照）に供給される。なお、上述したレチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、レチクルレーザ干渉計２１４に代えて、エンコーダにより計測を行っても良い。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図９における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒２４０と、鏡筒２４０内に保持された投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬ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倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。レチクルＲは、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致するように配置され、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷは、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置される。このため、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、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ＰＬを介して、照明領域ＩＡＲに共役なウエハＷ上の領域（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ＲＳＴとウエハステージＷＳＴ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。

投影光学系ＰＬとしては、一例としてＺ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ素子）のみから成る屈折系が用いられている。この投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズ素子のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚のレンズ素子は、不図示の駆動素子、例えばピエゾ素子などによって、Ｚ軸方向（投影光学系ＰＬの光軸方向）にシフト駆動、及びＸＹ面に対する傾斜方向（すなわちθｘ方向及びθｙ方向）に駆動可能な可動レンズとなっている。そして、結像特性補正コントローラ２４８（図９では不図示、図１０参照）が、露光制御装置２２０からの指示に基づき、各駆動素子に対する印加電圧を独立して調整することにより、各可動レンズが個別に駆動され、投影光学系ＰＬの種々の結像特性（倍率、歪曲収差、非点収差、コマ収差、像面湾曲など）が調整されるようになっている。なお、可動レンズの移動に代えて、あるいはこれに加えて、鏡筒２４０の内部の隣接する特定のレンズ素子間に気密室を設け、該気密室内の気体の圧力を結像特性補正コントローラ２４８が制御する構成にしても良いし、照明光ＩＬの中心波長を結像特性補正コントローラ２４８がシフトできる構成を採用しても良い。これらの構成によっても、投影光学系ＰＬの結像特性の調整が可能である。

ウエハステージＷＳＴは、平面モータ又はリニアモータ等を含むステージ駆動系２２４（図９では、便宜上ブロックにて示されている）によって、ウエハステージ定盤２２２上をＸ軸方向、Ｙ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向に微小駆動される。ウエハステージＷＳＴ上に、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等によって保持されている。本第２の実施形態では、ウエハホルダは、３００ｍｍウエハを吸着保持することができるものとする。なお、ウエハステージＷＳＴに代えて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に移動する第１ステージと、該第１ステージ上でＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に微動する第２ステージとを備える、ステージ装置を用いることもできる。なお、ウエハステージＷＳＴとウエハステージＷＳＴのウエハホルダのいずれか一方、又は両方を、「第２基板保持部材」と呼んでも良い。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（回転情報（ヨーイング量（θｚ方向の回転量θｚ）、ピッチング量（θｘ方向の回転量θｘ）、ローリング量（θｙ方向の回転量θｙ））を含む）は、レーザ干渉計システム(以下、干渉計システムと略記する)２１８によって、移動鏡２１６（又はウエハステージＷＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。なお、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、干渉計システム２１８に代えて、エンコーダシステムにより計測を行っても良い。

干渉計システム２１８の計測情報は、露光制御装置２２０に供給される（図１０参照）。露光制御装置２２０は、干渉計システム２１８の計測情報に基づいて、ステージ駆動系２２４を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）を制御する。

また、図９では図示が省略されているが、ウエハＷの表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサＡＦＳ（図１０参照）によって計測される。このフォーカスセンサＡＦＳの計測情報も露光制御装置２２０に供給される（図１０参照）。

また、ウエハステージＷＳＴ上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さである基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、アライメント検出系ＡＳのベースライン計測等に用いられる第１基準マーク、及び後述するレチクルアライメント検出系で検出される一対の第２基準マークなどが形成されている。

投影ユニットＰＵの鏡筒２４０の側面には、ウエハＷに形成されたアライメントマーク又は第１基準マークを検出するアライメント検出系ＡＳが設けられている。アライメント検出系ＡＳとして、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマークの画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。なお、画像処理方式のアライメント検出系ＡＳに代えて、あるいはアライメント検出系ＡＳとともに、回折光干渉型のアライメント系を用いても良い。

露光装置２００では、さらに、レチクルステージＲＳＴの上方に、レチクルステージＲＳＴに載置されたレチクルＲ上の同一Ｙ位置にある一対のレチクルマークを同時に検出可能な一対のレチクルアライメント検出系２１３（図９では不図示、図１０参照）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検出系２１３によるマークの検出結果は、露光制御装置２２０に供給されている。

図１０には、露光制御装置２２０の入出力関係がブロック図にて示されている。図１０に示されるように、露光装置２００は、上記構成各部の他、露光制御装置２２０に接続された、ウエハを搬送するウエハ搬送系２７０等を備えている。露光制御装置２２０は、マイクロコンピュータ又はワークステーション等を含み、上記構成各部を含む装置全体を統括的に制御する。ウエハ搬送系２７０は、例えば水平多関節型ロボットから成る。

図８に戻り、Ｃ／Ｄ３００は、図示は省略されているが、例えばウエハに対する感応剤（レジスト）の塗布を行う塗布部と、ウエハの現像が可能な現像部と、プリベーク（ＰＢ）及び現像前ベーク（post-exposure bake：ＰＥＢ）を行うベーク部と、ウエハ搬送系（以下、便宜上、Ｃ／Ｄ内搬送系と呼ぶ）と、を備えている。Ｃ／Ｄ３００は、さらに、ウエハを温調できる温調部３３０と、を備えている。温調部３３０は、通常、冷却部であり、例えばクールプレートと呼ばれる平坦なプレート（温調装置）を備えている。クールプレートは、例えば冷却水の循環等により冷却される。この他、ペルチェ効果による電子冷却を利用する場合もある。

記憶装置４００は、ＬＡＮ５００に接続された管理装置と、該管理装置にスカジー（ＳＣＳＩ）等の通信路を介して接続されたストレージデバイスとを含む。

本第２の実施形態に係るリソグラフィシステム１０００では、計測装置１００、露光装置２００及びＣ／Ｄ３００は、いずれもバーコードリーダ（不図示）を備えており、ウエハ搬送系７０（図６参照）、ウエハ搬送系２７０（図１０参照）及びＣ／Ｄ内搬送系（不図示）のそれぞれによるウエハの搬送中に、バーコードリーダにより、各ウエハの識別情報、例えばウエハ番号、ロット番号などの読み取りが適宜行われる。以下では、説明の簡略化のため、バーコードリーダを用いた各ウエハの識別情報の読み取りに関する説明は省略する。

リソグラフィシステム１０００では、露光装置２００、Ｃ／Ｄ３００及び計測装置１００（以下、適宜、３つの装置１００、２００、３００とも呼ぶ）のそれぞれにより、多数のウエハが連続して処理される。リソグラフィシステム１０００では、システム全体としてのスループットが最大となるように、すなわち、例えば処理に最も時間を要する装置の処理時間に、他の装置の処理時間が完全にオーバーラップするように、全体の処理シーケンスが定められている。

以下、リソグラフィシステム１０００により、多数のウエハを連続的に処理する場合の動作の流れについて説明する。

まず、Ｃ／Ｄ内搬送系（例えばスカラーロボット）により、Ｃ／Ｄ３００のチャンバ内に配置されたウエハキャリアから第１枚目のウエハ（Ｗ_１とする）が取り出され、塗布部に搬入される。これにより、塗布部によりレジストの塗布が開始される。レジストの塗布が終了すると、Ｃ／Ｄ内搬送系は、ウエハＷ_１を塗布部から取り出してベーク部に搬入する。これにより、ベーク部でウエハＷ_１の加熱処理（ＰＢ）が開始される。そして、ウエハのＰＢが終了すると、Ｃ／Ｄ内搬送系により、ウエハＷ_１がベーク部から取り出され温調部３３０内に搬入される。これにより、温調部３３０内部のクールプレートでウエハＷ_１の冷却が開始される。この冷却は、露光装置２００内で影響のない温度、一般的には、例えば２０〜２５℃の範囲で定められる露光装置２００の空調系の目標温度を目標温度として行われる。通常、温調部３３０内に搬入された時点では、ウエハの温度は目標温度に対して±０．３［℃］の範囲内にあるが、温調部３３０により目標温度±１０［ｍＫ］の範囲に温調される。

そして、温調部３３０内で冷却（温調）が終了すると、そのウエハＷ_１は、Ｃ／Ｄ内搬送系により、Ｃ／Ｄ３００と計測装置１００との間に設けられた第１基板受け渡し部上に載置される。

Ｃ／Ｄ３００内では、上記と同様の一連のウエハに対するレジスト塗布、ＰＢ、冷却、及びこれらの一連の処理に伴う上記のウエハの搬送動作が順次繰り返し行われ、ウエハが順次第１基板受け渡し部上に載置される。なお、実際には、Ｃ／Ｄ３００のチャンバ内に、塗布部及びＣ／Ｄ内搬送系をそれぞれ２つ以上設けることにより、複数枚のウエハに対する並行処理が可能であり、露光前処理に要する時間の短縮が可能になる。

計測装置１００では、Ｃ／Ｄ内搬送系により第１基板受け渡し部上に順次載置される露光前のウエハＷ_１を、ウエハ搬送系７０とスライダ１０上の上下動部材との共同作業により先に第１の実施形態で説明した手順でスライダ１０上にロードする。ロード後、計測装置１００により、設定された計測モードでのウエハのアライメント計測が行われ、制御装置６０により、ウエハＷのショットの位置座標の補正量（上記式（１）の係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…）が求められる。

制御装置６０は、求めた位置座標の補正量（上記式（１）の係数ａ₀、ａ₁、…、ｂ₀、ｂ₁、…）、その補正量の算出にマークの位置情報が用いられたウエハマークの情報、計測モードの情報、及び検出信号が良好であった全てのウエハマークの情報などの履歴情報とウエハＷ_１の識別情報（ウエハ番号、ロット番号）とを関連付けてアライメント履歴データ（ファイル）を作成し、記憶装置４００内に格納する。

しかる後、アライメント計測が終了したウエハＷ_１を、ウエハ搬送系７０が、露光装置２００のチャンバ内部の、計測装置１００の近くに設けられた第２基板受け渡し部のロード側基板載置部に載置する。ここで、第２基板受け渡し部には、ロード側基板載置部とアンロード側基板載置部とが設けられている。

以降、計測装置１００では、第２枚目以降のウエハに対して、ウエハＷ₁と同様の手順で、アライメント計測、アライメント履歴データ（ファイル）の作成、ウエハの搬送が繰り返し行われることとなる。

前述のロード側基板載置部に載置されたウエハＷ_１は、ウエハ搬送系２７０により、露光装置２００内部の所定の待機位置まで搬送される。ただし、第１枚目のウエハＷ_１は、待機位置で待機すること無く、直ちに露光制御装置２２０によって、ウエハステージＷＳＴ上にロードされる。このウエハのロードは、露光制御装置２２０により、前述した計測装置１００で行われたと同様にして、ウエハステージＷＳＴ上の不図示の上下動部材とウエハ搬送系２７０とを用いて行われる。ロード後、ウエハステージＷＳＴ上のウエハに対して、アライメント検出系ＡＳを用いて前述と同様のサーチアライメント、及び例えば３〜１６程度のショットをアライメントショットとするＥＧＡ方式のウエハライメントが行われる。このＥＧＡ方式のウエハライメントに際し、露光装置２００の露光制御装置２２０は、記憶装置４００内に格納されたアライメント履歴データファイルを、ウエハアライメント及び露光の対象となるウエハ（対象ウエハ）の識別情報（例えばウエハ番号、ロット番号）をキーとして検索し、その対象ウエハのアライメント履歴データを取得する。そして、露光制御装置２２０は、所定の準備作業の後、取得したアライメント履歴データに含まれる計測モードの情報に応じて、次のようなウエハアライメントを行う。

まず、モードＡの情報が含まれている場合について説明する。この場合には、アライメント履歴データに含まれる、計測装置１００によって位置情報が計測された（補正量の算出にマークの位置情報が用いられた）ウエハマークの中からアライメントショット数に対応する数のウエハマークを選択して、検出対象とし、その検出対象のウエハマークをアライメント検出系ＡＳを用いて検出し、その検出結果と検出時のウエハステージＷＳＴの位置（干渉計システム２１８による計測情報）とに基づいて、検出対象の各ウエハマークの位置情報を求め、その位置情報を用いて、ＥＧＡ演算を行い、次式（２）の各係数を求める。

そして、露光制御装置２２０は、ここで求めた係数（ｃ_０、ｃ_１、ｃ_２、ｄ_０、ｄ_１、ｄ_２）を、アライメント履歴データに含まれる係数（ａ_０、ａ_１、ａ_２、ｂ_０、ｂ_１、ｂ_２）と置き換え、置き換え後の係数を含む次式（３）で表されるウエハの中心を原点とするウエハ座標系における各ショットの設計上の位置座標Ｘ、Ｙに関する多項式を用いて、各ショットの位置座標の補正量（アライメント補正成分）ｄｘ、ｄｙを求め、この補正量に基づいて、ウエハグリッドを補正するための、各ショットの露光に際しての露光位置（レチクルパターンの投影位置）に対する位置合わせのための目標位置（以下、便宜上、位置決め目標位置と呼ぶ）を決定する。なお、本実施形態では、静止露光方式ではなく、走査露光方式で露光が行われるが、便宜上、位置決め目標位置と称している。

なお、露光装置２００でも、サーチアライメントにより、ウエハステージＷＳＴの移動を規定する基準座標系（ステージ座標系）とウエハ座標系との回転がキャンセルされるため、基準座標系とウエハ座標系を特に区別する必要はない。

次に、Ｂモードが設定されている場合について説明する。この場合は、露光制御装置２２０は、上述のＡモードの場合と同様の手順に従ってウエハグリッドを補正するための、各ショットの位置決め目標位置を決定する。ただし、この場合、アライメント履歴データには、いくつかのショットについての複数のウエハマークと、残りのショットについて各１つのウエハマークとのうち、検出信号が良好であったウエハマークが、補正量の算出にマークの位置情報が用いられたウエハマークとして含まれている。

そこで、露光制御装置２２０は、上述の各ショットの位置決め目標位置の決定に加え、上記のいくつかのショットについての複数のウエハマークの中からショット形状を求めるのに必要な数のウエハマークを選択し、それらのウエハマークの位置情報（実測値）を用いて、例えば米国特許第６，８７６，９４６号明細書に開示されている［数７］のモデル式に最小自乗法を適用する統計演算（ショット内多点ＥＧＡ演算とも呼ばれる）を行い、ショット形状を求める。具体的には、上記米国特許第６，８７６，９４６号明細書に開示されている［数７］のモデル式中の１０個のパラメータのうち、チップローテーション（θ）、チップの直交度誤差（ｗ）、並びにｘ方向のチップスケーリング（ｒｘ）及びｙ方向のチップスケーリング（ｒｙ）を求める。なお、ショット内多点ＥＧＡ演算に関しては、上記米国特許に詳細に開示されているので、詳細説明は省略する。

そして、露光制御装置２２０は、その位置決め目標位置に従ってウエハステージＷＳＴを位置制御しつつ、ウエハＷ_１上の各ショットに対してステップ・アンド・スキャン方式で露光を行う。ここで、ショット内多点ＥＧＡ計測によりショット形状も求めていた場合には、走査露光中に、求めたショット形状に合わせてレチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる投影像が変形するように、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの相対走査角度、走査速度比、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの少なくとも一方の投影光学系に対する相対位置、投影光学系ＰＬの結像特性（収差）、及び照明光（露光光）ＩＬの波長の少なくとも１つを、調整する。ここで、投影光学系ＰＬの結像特性（収差）の調整及び照明光ＩＬの中心波長の調整は、露光制御装置２２０により結像特性補正コントローラ２４８を介して行われる。

上記のウエハステージＷＳＴ上のウエハ（この場合ウエハＷ_１）に対するＥＧＡウエハアライメント及び露光が行われているのと並行して、計測装置１００により第２枚目のウエハ（ウエハＷ_２とする）に対し、設定されたモードでのウエハアライメント計測、アライメント履歴データの作成等が前述した手順で実行されている。

そして、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ（この場合ウエハＷ_１）に対する露光が終了する前に、計測装置１００の計測処理が終了し、その２枚目のウエハＷ_２が、ウエハ搬送系７０によりロード側基板載置部に載置され、ウエハ搬送系２７０により露光装置２００内部の所定の待機位置まで搬送され、その待機位置で待機することになる。

そして、ウエハＷ_１の露光が終了すると、ウエハステージ上でウエハＷ_１とウエハＷ_２とが交換され、交換後のウエハＷ_２に対して、前述と同様のウエハアライメント及び露光が行われる。なお、ウエハＷ_２の待機位置までの搬送が、ウエハステージ上のウエハ（この場合ウエハＷ_１）に対する露光が終了するまでに終わらない場合には、ウエハステージが露光済みのウエハを保持したまま待機位置の近傍で待機することになる。

上記の交換後のウエハＷ_２に対するウエハアライメントと並行してウエハ搬送系２７０により露光済みのウエハＷ_１が第２基板受け渡し部のアンロード側基板載置部に搬送される。

これ以後、ウエハ搬送系７０は、前述の如く、計測装置１００によりウエハのアライメント計測が行われるのと並行して、露光済みのウエハをアンロード側基板載置部から第１基板受け渡し部上に搬送し載置する動作、及び計測終了後の露光前のウエハをスライダ１０上から取り出し及びロード側基板載置部へ搬送する動作を、所定の順序で繰り返し行うこととなる。

前述の如くして、ウエハ搬送系７０により、第１基板受け渡し部上に搬送され載置された露光済みのウエハは、Ｃ／Ｄ内搬送系によりベーク部内に搬入され、該ベーク部内のベーキング装置によりＰＥＢが行われる。ベーク部内には、複数枚のウエハを同時に収容可能である。

一方、ＰＥＢが終了したウエハは、Ｃ／Ｄ内搬送系によりベーク部から取り出され、現像部内に搬入され、該現像部内の現像装置により現像が開始される。

そして、ウエハの現像が終了すると、そのウエハは、Ｃ／Ｄ内搬送系により現像部から取り出されウエハキャリア内の所定の収納段に搬入される。以降、Ｃ／Ｄ３００内では、露光済みの第２枚目以降のウエハに対して、ウエハＷ_１と同様の手順で、ＰＥＢ、現像、及びウエハの搬送が繰り返し行われることとなる。

以上説明したように、本第２の実施形態に係るリソグラフィシステム１０００によると、露光装置２００の動作と並行して、計測装置１００によりウエハのアライメント計測を行うことができ、しかも、全ショットをサンプルショットとする全ショットＥＧＡを、露光装置２００のウエハアライメント及び露光の動作と並行して行うことができる。また、全ショットＥＧＡで得られたモデル式における高次成分の係数は、露光装置２００においてもそのまま採用することができるので、露光装置２００では、数ショットをアライメントショットとするアライメント計測を行って上記モデル式の低次成分の係数を求めるのみで、この低次成分の係数と、計測装置１００で取得された高次成分の係数とを用いることで、露光装置２００でモデル式（１）の低次及び高次成分の係数を求めた場合と同様の精度の良い各ショットの露光の際の位置決め目標位置の算出が可能になる。したがって、露光装置２００のスループットを低下させることなく、露光の際のレチクルのパターンの像とウエハ上の各ショット領域に形成されたパターンとの重ね合わせ精度の向上が可能になる。

本第２の実施形態に係るリソグラフィシステム１０００において、例えばリソグラフィシステム１０００全体のウエハ処理のスループットを必要以上に低下させない場合には、現像済みのウエハを、前述したＰＢ後の露光前のウエハと同様の手順で再度計測装置１００のスライダ１０上にロードし、ウエハ上に形成されている重ね合わせずれ計測マーク（例えばボックス・イン・ボックスマークなど）の位置ずれの計測を行っても良い。すなわち、計測装置１００は、ウエハ上のマークの絶対値計測（第１位置計測システム３０による基準座標系上で）ができるので、ウエハアライメント計測のみならず、相対位置計測の一種である重ね合わせずれ計測マークの位置ずれ計測を行うための計測装置としても好適である。

なお、上記第２の実施形態に係るリソグラフィシステム１０００では、露光装置２００では上記モデル式の１次以下の低次成分の係数を求め、この低次成分の係数と、計測装置１００で取得された上記モデル式の２次以上の高次成分の係数とを用いる場合について説明した。しかしながら、これに限らず、例えば上記モデル式の２次以下の成分の係数を露光装置２００内でのアライメントマークの検出結果から求め、この２次以下の成分の係数と、計測装置１００で取得された上記モデル式の３次以上の高次成分の係数とを用いても良い。あるいは、例えば上記モデル式の３次以下の成分の係数を露光装置２００内でのアライメントマークの検出結果から求め、この３次以下の成分の係数と、計測装置１００で取得された上記モデル式の４次以上の高次成分の係数とを用いても良い。すなわち、上記モデル式の（Ｎ−１）次（Ｎは２以上の整数）以下の成分の係数を露光装置２００内でのアライメントマークの検出結果から求め、この（Ｎ−１）次以下の成分の係数と、計測装置１００で取得された上記モデル式のＮ次以上の高次成分の係数とを用いても良い。

なお、本第２の実施形態に係るリソグラフィシステムにおいて、計測装置１００の計測ユニット４０が、前述の多点焦点位置検出系を備えている場合には、計測装置１００により、ウエハアライメント計測とともにウエハＷのフラットネス計測（フォーカスマッピングとも呼ばれる）を行うこととしても良い。この場合、そのフラットネス計測の結果を用いることで、露光装置２００によりフラットネス計測を行うこと無く、露光時のウエハＷのフォーカス・レベリング制御が可能となる。

なお、上記第２の実施形態では、対象が３００ｍｍウエハであるものとしたが、これに限らず、直径４５０ｍｍの４５０ｍｍウエハであっても良い。露光装置２００とは別に、計測装置１００によってウエハアライメントを行うことができるので、４５０ｍｍウエハであっても、露光処理のスループットの低下を招くこと無く、例えば全点ＥＧＡ計測などが可能になる。

なお、図示は省略したが、リソグラフィシステム１０００において、露光装置２００とＣ／Ｄ３００とをインラインにて接続し、計測装置１００を、Ｃ／Ｄ３００の露光装置２００と反対側に配置しても良い。この場合、計測装置１００は、例えばレジスト塗布前のウエハを対象とする前述と同様のアライメント計測（以下、事前計測と称する）に用いることができる。あるいは、計測装置１００を、現像終了後のウエハに対する前述した重ね合わせずれ計測マークの位置ずれ計測（重ね合わせずれ計測）に用いることもできるし、事前計測及び重ね合わせずれ計測に用いることもできる。

なお、図８のリソグラフィシステム１０００では、計測装置１００が１台のみ設けられていたが、次の変形例のように、計測装置を複数台、例えば２台設けても良い。

《変形例》
図１１には、変形例に係るリソグラフィシステム２０００の構成が、概略的に示されている。リソグラフィシステム２０００は、露光装置２００と、Ｃ／Ｄ３００と、前述の計測装置１００と同様の構成された２台の計測装置１００ａ、１００ｂと、を備えている。リソグラフィシステム２０００は、クリーンルーム内に設置されている。

リソグラフィシステム２０００では、２台の計測装置１００ａ、１００ｂが、露光装置２００とＣ／Ｄ３００との間に並列に配置されている。

リソグラフィシステム２０００が備える、露光装置２００、Ｃ／Ｄ３００及び計測装置１００ａ、１００ｂは、チャンバ同士が隣接して配置されている。露光装置２００の露光制御装置２２０と、Ｃ／Ｄ３００の塗布現像制御装置３２０と、計測装置１００ａ、１００ｂそれぞれが有する制御装置６０とは、ＬＡＮ５００を介して互いに接続されており、相互に通信を行う。ＬＡＮには、記憶装置４００も接続されている。

この変形例に係るリソグラフィシステム２０００では、前述したリソグラフィシステム１０００と同様の動作シーケンスの設定が可能なので、リソグラフィシステム１０００と同等の効果を得ることができる。

これに加え、リソグラフィシステム２０００では、計測装置１００ａ、１００ｂの両者を、前述のＰＢ後のウエハを対象とするアライメント計測（以下、事後計測と称する）、及びレジスト塗布前のウエハを対象とする前述と同様のアライメント計測（事前計測）に用いるようなシーケンスの採用も可能である。この場合、あるウエハを対象とする事前計測は、そのウエハとは異なるウエハを対象とする前述した一連のウエハ処理と並行して行われるので、システム全体のスループットを殆ど低下させることがない。ただし、最初のウエハについては、事前計測の時間を、一連のウエハ処理の時間にオーバーラップさせることはできない。

同一のウエハ上の同一のウエハマークについて事前計測で実測された位置と、事後計測で実測された位置とを比較することで、レジスト塗布に起因するウエハマークの位置計測誤差を求めることができる。したがって、露光装置２００による同一ウエハを対象とするウエハアライメントに際して実測された同一のウエハマークの位置を、上で求めたレジスト塗布に起因するウエハマークの位置計測誤差分だけ補正することで、レジスト塗布に起因するウエハマークの位置の計測誤差をキャンセルした高精度なＥＧＡ計測が可能になる。

この場合において、事前計測と事後計測のいずれにおいても、ウエハマークの位置の計測結果は、ウエハホルダの保持状態によって影響を受けるので、同一ウエハは、事前計測及び事後計測を、同一の計測装置１００ａ又は１００ｂにより行われるシーケンスを採用することが望ましい。

リソグラフィシステム２０００では、上で説明した事前計測に代えて、現像終了後のウエハに対する前述した重ね合わせずれ計測を行うようにしても良い。この場合において、計測装置１００ａ及び１００ｂの所定の一方を、前述した事後計測専用とし、他方を、重ね合わせずれ計測専用としても良い。あるいは、同一ウエハについては、事後計測及び重ね合わせずれ計測が、同一の計測装置１００ａ又は１００ｂにより行われるシーケンスを採用しても良い。後者の場合、同一のウエハについて、同一の計測装置により、さらに事前計測を行うようにしても良い。

図示は省略したが、リソグラフィシステム２０００において、計測装置１００ａ及び１００ｂの所定の一方、例えば計測装置１００ａを、Ｃ／Ｄ３００の露光装置２００と反対側に配置しても良い。この場合、計測装置１００ａは、ウエハの搬送の流れを考えれば、現像終了後のウエハに対する前述した重ね合わせずれ計測を行うのに適している。なお、計測装置１００ａ、１００ｂ間のホルダの保持状態の個体差が殆ど問題にならないのであれば、計測装置１００ａは、重ね合わせずれ計測の代わりに、事前計測に用いても良いし、重ね合わせずれ計測及び事前計測に用いても良い。

この他、露光装置２００、Ｃ／Ｄ３００に加えて、計測装置１００を、３つ以上設け、全ての装置を、インライン接続し、３つの計測装置１００のうちの２つを、事前計測及び事後計測用とし、残り１つの計測装置を重ね合わせずれ計測専用としても良い。前者の２つをそれぞれ、事前計測専用、事後計測専用としても良い。

なお、上記第２の実施形態及び変形例では、計測装置１００、１００ａ、１００ｂが、備えるマーク検出系ＭＤＳの検出信号を処理する信号処理装置４９が、マーク検出系ＭＤＳの検出結果として得られる検出信号の波形が良好なウエハマークの計測結果のみを、制御装置６０に送ることで、制御装置６０によりそれらのウエハマークの計測結果を用いてＥＧＡ演算が行われる結果、露光制御装置に２２０によりマーク検出系ＭＤＳによる検出結果として得られる検出信号の波形が良好な複数のウエハマークの中から選択したウエハマークの位置情報の一部の位置情報を用いてＥＧＡ演算が行われる場合について説明した。しかしながら、これに限らず、信号処理装置４９は、マーク検出系ＭＤＳの検出結果として得られる検出信号の波形が不良なウエハマークを除いた残りのウエハマークの計測結果を、制御装置６０に送ることとしても良い。また、マーク検出系ＭＤＳによる検出結果として得られる検出信号が良好か否かの判断を、信号処理装置に代わりに制御装置６０が行っても良く、この場合も、制御装置６０は、その検出信号が良好と判断したウエハマークあるいはその検出信号が不良と判断したウエハマークを除く残りのウエハマークの計測結果のみを用いて、前述のＥＧＡ演算を行う。そして、露光制御装置２２０が、制御装置６０によるＥＧＡ演算に用いられたウエハマークの計測結果から選択した一部のウエハマークの計測結果を用いて前述のＥＧＡ演算を行うことが望ましい。

なお、上記第２の実施形態及び変形例では、計測装置１００、１００ａ、１００ｂが、インラインインタフェース部に代えて、露光装置２００とＣ／Ｄ３００との間に配置された場合について例示したが、これに限らず、計測装置（１００，１００ａ、１００ｂ）は、露光装置の一部であっても良い。例えば、露光装置２００内の、露光前のウエハが搬入される搬入部に計測装置を設置することとしても良い。また、計測装置（１００，１００ａ、１００ｂ）が露光装置２００の一部として、露光装置２００のチャンバ内に設置される場合、計測装置はチャンバを備えていても良いし、備えていなくても良い。また、計測装置（１００，１００ａ、１００ｂ）を露光装置の一部とする場合、計測装置は、制御装置を備えていても良いし、制御装置を備えずに、露光装置の制御装置で制御されても良い。いずれにしても、計測装置は、露光装置にインライン接続される。

なお、上記実施形態では、基板処理装置がＣ／Ｄである場合について説明したが、基板処理装置は、露光装置及び計測装置にインライン接続される装置であれば足り、基板（ウエハ）上に感応剤（レジスト）を塗布する塗布装置（コータ）、あるいは露光後の基板（ウエハ）を現像する現像装置（デベロッパ）であっても良いし、露光装置及び計測装置にそれぞれインライン接続された塗布装置（コータ）及び現像装置（デベロッパ）であっても良い。

基板処理装置が塗布装置（コータ）である場合には、計測装置は、前述した事後計測のみあるいは事前計測及び事後計測に用いることができる。この場合、露光後のウエハは、露光装置に対してインライン接続されていない現像装置に搬入されることになる。

基板処理装置が現像装置（デベロッパ）である場合には、計測装置は、前述した事後計測のみあるいは事後計測及び重ね合わせずれ計測に用いることができる。この場合、別の場所で予めレジストが塗布されたウエハが、露光装置に搬入されることになる。

上記第２の実施形態及び変形例（以下、第２の実施形態等と称する）では、露光装置が、スキャニング・ステッパである場合について説明したが、これに限らず、露光装置は、ステッパなどの静止型露光装置であっても良いし、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であっても良い。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国 特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも上記第２の実施形態等を適用できる。また、露光装置は、前述した液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置に限らず、例えば、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、国際公開第２００４／０５７５９０号、米国特許出願公開第２００６／０２３１２０６号明細書、米国特許出願公開第２００５／０２８０７９１号明細書、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに記載されている液体を介して基板を露光する液浸型の露光装置であっても良い。また、露光装置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などであっても良い。

なお、上記実施形態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。

半導体デバイスは、上記実施形態に係るリソグラフィシステムを構成する露光装置で、パターンが形成されたレチクル（マスク）を用いて感光物体を露光するとともに、露光された感光物体を現像するリソグラフィステップを経て製造される。この場合、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。

なお、半導体デバイスの製造プロセスが、リソグラフィステップの他に、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（マスク）を製作するステップ、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）、検査ステップ等を含んでいても良い。

１０…スライダ、１２…定盤、１４…除振装置、１６…ベースフレーム、１８…エアベアリング、２０…駆動システム、２０Ａ…第１駆動装置、２０Ｂ…第２駆動装置、２２ａ，２２ｂ…可動子、２３ａ，２３ｂ…可動子、２４…可動ステージ、２５ａ，２５ｂ…固定子、２６ａ，２６ｂ…固定子、２８Ａ，２８Ｂ…Ｘ軸リニアモータ、２９Ａ，２９Ｂ…Ｙ軸リニアモータ、３０…第１位置計測システム、３２…ヘッド部、３３…エンコーダシステム、３５ａ〜３５ｄ…レーザ干渉計、３７ｘ…Ｘヘッド、３７ｙａ，３７ｙｂ…Ｙヘッド、４０…計測ユニット、４８…除振装置、５０…第２位置計測システム、５２Ａ，５２Ｂ…ヘッド部、５８Ｘ_１，５８Ｘ_２…ＸＺヘッド、５８Ｙ_１，５８Ｙ_２…ＹＺヘッド、６０…制御装置、１００…計測装置、１００ａ、１００ｂ…計測装置、２００…露光装置、３００…Ｃ／Ｄ、３３０…温調部、１０００…リソグラフィシステム、ＭＤＳ…マーク検出系、ＲＧ１…グレーティング、ＲＧ２ａ，ＲＧ２ｂ…グレーティング、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ。

Claims (74)

1. 基板に形成された複数のマークの位置情報を計測する計測装置であって、
   ベース部材と、
   前記基板を保持し、前記ベース部材に対して移動可能なステージと、
   前記ステージを移動する駆動システムと、
   前記ベース部材に対する前記ステージの第１位置情報を計測する第１位置計測系と、
   前記基板に形成されたマークを検出するマーク検出系を有する計測ユニットと、
   前記マーク検出系と前記ベース部材との相対的な第２位置情報を計測する第２位置計測系と、
   前記駆動システムによる前記ステージの移動を制御し、前記第１位置計測系を用いて前記第１位置情報を取得し、前記第２位置計測系を用いて前記第２位置情報を取得し、前記マーク検出系を用いて前記基板に形成された前記複数のマークの位置情報を求める制御装置と、を備える計測装置。
2. 前記第１位置計測系は、前記ステージと前記ベース部材との間に配置される請求項１に記載の計測装置。
3. 前記第1位置計測系は、格子部を有する計測面と前記計測面にビームを照射するヘッド部との一方が前記ステージに設けられ、前記ヘッド部からの複数のビームを前記計測面に照射し、前記複数のビームそれぞれの前記計測面からの戻りビームを受光して前記ステージの第1位置情報を計測する請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記戻りビームは、前記格子部からの回折ビームを含み、
   前記第１位置計測系は、前記格子部からの前記回折ビームを受光するエンコーダシステムを含む請求項３に記載の計測装置。
5. 前記ステージは、前記ベース部材に対し、所定平面内で直交する第１、第２方向及び前記所定平面に垂直な第３方向を含む６自由度方向に移動可能であり、
   前記格子部は、前記所定平面内で互いに交差する第１周期方向及び第２周期方向を有する２次元格子を有し、
   前記ヘッド部は、前記計測面に第１ビームを照射し、前記格子部からの第１回折ビームを受光して前記ステージの前記第１周期方向の位置情報を計測する第１ヘッドと、前記計測面に第２ビームを照射し、前記格子部からの第２回折ビームを受光して前記ステージの前記第２周期方向の位置情報を計測する第２ヘッドと、前記計測面に第３ビームを照射し、前記計測面からの光を受光して前記ステージの前記第３方向の位置情報を計測する少なくとも３つの第３ヘッドとを有し、
   前記第１位置情報は、前記第１周期方向の位置情報、前記第２周期方向の位置情報、前記第３方向の位置情報を含む請求項３又は４に記載の計測装置。
6. 前記ベース部材は、前記所定平面に平行な上面を有する請求項５に記載の計測装置。
7. 前記第１ヘッドからの前記第１ビームの前記計測面上の照射点と、前記第２ヘッドからの前記第２ビームの前記計測面上の照射点とは、前記マーク検出系の検出領域の下方に位置する同一の検出点に設定され、前記少なくとも３つの第３ヘッドそれぞれからの第３ビームの前記計測面上の照射点は、前記検出点の周囲に設定される請求項５又は６に記載の計測装置。
8. 前記検出点は、前記マーク検出系の検出中心の直下に位置し、前記検出点と前記検出中心とは、前記所定平面内の位置が一致する請求項７に記載の計測装置。
9. 前記第１周期方向と前記第２周期方向とは、互いに直交する請求項５〜８のいずれか一項に記載の計測装置。
10. 前記第１周期方向と前記第２周期方向との一方は、前記第１方向に一致し、前記第１周期方向と前記第２周期方向との他方は、前記第２方向に一致する請求項９に記載の計測装置。
11. 前記第２位置計測系は、前記計測ユニットと前記ベース部材との一方に設けられた格子部と、前記計測ユニットと前記ベース部材との他方に設けられたヘッド部とを有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の計測装置。
12. 前記第２位置計測系の前記格子部は、前記第１方向及び前記第２方向を周期方向とする２次元格子を有し、
    前記第２位置計測系の前記ヘッド部は、前記第１方向及び前記第３方向を計測方向とする第１の２次元ヘッドと、前記第２方向及び前記第３方向を計測方向とする第２の２次元ヘッドとを、少なくとも各１つ合計で少なくとも３つ含み、
    前記少なくとも３つの前記２次元ヘッドそれぞれからのビームの照射点は、前記格子部上で同一直線上に位置しない異なる３点に設定される請求項１０に記載の計測装置。
13. 前記第２位置計測系の前記格子部は、前記第１方向及び前記第２方向のうちの一方の方向に関して位置が異なる第１部分と第２部分とを含み、
    前記第２位置計測系の前記ヘッド部は、前記計測ユニットと前記ベース部材との前記他方に前記第１部分と前記第２部分とにそれぞれ対向して配置された２つの部分を含み、該２つの部分のそれぞれは、前記第１方向及び前記第２方向のうちの他方の方向に関して位置が異なる前記第１の２次元ヘッドと前記第２の２次元ヘッドとを各１つ含む請求項１２に記載の計測装置。
14. 前記ベース部材の前記第３方向の位置及び前記所定平面に対する傾斜を調整し、前記制御装置に接続された調整装置をさらに備える請求項５〜１３のいずれか一項に記載の計測装置。
15. 前記制御装置は、前記第１位置計測系で計測される前記ステージの前記第１位置情報に基づいて、前記ステージの前記所定平面内の移動時に前記調整装置を制御する請求項１４に記載の計測装置。
16. 前記制御装置は、前記ステージの移動時に、前記調整装置をフィード・フォワード制御する請求項１４又は１５に記載の計測装置。
17. 前記制御装置は、前記ステージの前記基板を保持する保持面の凹凸情報に基づいて、前記ステージの前記所定平面内の移動時に前記調整装置をフィード・フォワード制御する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の計測装置。
18. 前記制御装置は、前記ステージ上に保持された前記基板の厚み情報に基づいて、前記調整装置を制御する請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の計測装置。
19. 上面に前記調整装置を介して前記ベース部材が設置されたベースフレームをさらに備える請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の計測装置。
20. 前記ベースフレーム上に設置された支持フレーム上に配置され、前記計測ユニットを支持する複数の除振装置をさらに備える請求項１９に記載の計測装置。
21. 前記ステージは、前記駆動システムにより、所定平面内で互いに直交する第１、第２方向に移動可能である請求項１〜４のいずれか一項に記載の計測装置。
22. 前記ステージは、前記駆動システムにより、前記所定平面に垂直な第３方向に移動可能である請求項２１に記載の計測装置。
23. 前記ステージは、前記駆動システムにより、前記所定平面に対して傾斜させることが可能である請求項２２に記載の計測装置。
24. 前記ステージは、６自由度方向に移動可能である請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の計測装置。
25. 前記ベース部材を動かす調整装置をさらに備える請求項２１に記載の計測装置。
26. 前記調整装置により、前記ベース部材は、前記第１、第２方向に移動可能である請求項２５に記載の計測装置。
27. 前記調整装置により、前記ベース部材は、前記所定平面に垂直な第３方向に移動可能である請求項２５又は２６に記載の計測装置。
28. 前記ベース部材は、前記調整装置により、前記所定平面に対して傾斜させることが可能である請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の計測装置。
29. 前記調整装置により、前記ベース部材は、６自由度方向に移動可能である請求項２５〜２８のいずれか一項記載の計測装置。
30. 前記調整装置を用いて前記ベース部材を移動することにより、前記ステージを移動可能である請求項２９に記載の計測装置。
31. 前記ベース部材の上面は、前記ステージの移動のためのガイド面を含む請求項３０に記載の計測装置。
32. 前記ステージは、前記駆動システムにより、前記ベース部材に対して移動可能である請求項３１に記載の計測装置。
33. 前記調整装置は、アクチュエータを含む請求項２５〜３２のいずれか一項に記載の計測装置。
34. 前記制御装置は、前記第１位置計測系を用いて取得される前記第１位置情報に基づいて、前記調整装置による前記ベース部材の移動を制御する請求項２５〜３３のいずれか一項に記載の計測装置。
35. 前記制御装置は、前記第２位置計測系を用いて取得される前記第２位置情報に基づいて、前記調整装置による前記ベース部材の移動を制御する請求項２５〜３４のいずれか一項に記載の計測装置。
36. 前記調整装置は、前記ベース部材の振動を制御する除振装置を含む請求項２５〜３５のいずれか一項に記載の計測装置。
37. 前記ステージは、前記ベース部材に対向する気体静圧軸受を有し、該気体静圧軸受が発生する力によって前記ベース部材上に非接触支持されている請求項１〜３６のいずれか一項に記載の計測装置。
38. 前記駆動システムは、前記ステージを前記第１方向及び前記第２方向のうちの一方の方向に駆動する第１駆動装置と、前記ステージ及び前記第１駆動装置を一体で第１方向及び前記第２方向のうちの他方の方向に駆動する第２駆動装置とを含む請求項３７に記載の計測装置。
39. 前記第１駆動装置は、前記ステージに接続された第１可動子と、該第１可動子との間の電磁相互作用により前記ステージを前記一方の方向に駆動する駆動力を発生する第１固定子とを有する第１リニアモータを含み、
    前記第２駆動装置は、前記第１固定子が一部に設けられ前記ステージを前記一方の方向に移動可能に支持する可動部材と、該可動部材を前記他方の方向に駆動する第２リニアモータと、を含む請求項３８に記載の計測装置。
40. 前記第２リニアモータは、前記可動部材を前記一方の方向に移動可能に支持する第２可動子と、該第２可動子との間の電磁相互作用により前記可動部材を前記他方の方向に駆動する駆動力を発生する第２固定子とを有する請求項３９に記載の計測装置。
41. 前記第２固定子は、前記ベース部材とは物理的に分離されている請求項３９又は４０に記載の計測装置。
42. 前記駆動システムは、前記ステージを、前記ベース部材上で６自由度方向に駆動する磁気浮上型の平面モータを含む請求項１〜３６のいずれか一項に記載の計測装置。
43. 前記マーク検出系は、画像処理方式の結像式アライメントセンサを含む請求項１〜４２のいずれか一項に記載の計測装置。
44. 前記マーク検出系は、回折光干渉方式のアライメントセンサを含む請求項１〜４３のいずれか一項に記載の計測装置。
45. 前記計測ユニットは、前記ステージに保持された前記基板表面に垂直な方向の位置情報を検出する面位置検出系をさらに有する請求項４３又は４４に記載の計測装置。
46. 前記計測装置は、前記マーク検出系によるマーク検出条件が互いに異なる複数の計測モードを設定可能である請求項１〜４５のいずれか一項に記載の計測装置。
47. 前記複数の計測モードには、複数枚の基板を連続して処理する際に、最初に処理される第１枚目の基板を含む所定枚数の基板の計測結果に基づいて、前記基板に形成された複数のマークのうち、前記マーク検出系による検出の対象となるマークを決定するモードが含まれる請求項４６に記載の計測装置。
48. 複数枚の基板を連続して処理する際に、最初に処理される第１枚目の基板を含む所定枚数の基板の計測結果に応じて、前記複数の計測モードのうちの１つのモードが設定される請求項４６又は４７に記載の計測装置。
49. 前記基板上には、複数の区画領域と、該複数の区画領域との対応関係が既知の複数の前記マークとが形成され、
    前記制御装置は、計測した前記複数のマークの前記位置情報のうち、少なくとも一部の前記位置情報を用いて、統計演算を行い、前記基板上の前記複数の区画領域の配列情報を求める請求項１〜４８のいずれか一項に記載の計測装置。
50. 前記基板に露光処理を施す露光装置と前記基板に所定の処理を施す基板処理装置とをインライン接続するインラインインタフェース部と置き換え可能である請求項１〜４９のいずれか一項に記載の計測装置。
51. 前記複数のマークの位置情報の計測が終了した前記基板が載置される基板ステージを有し、該基板ステージ上に載置された前記基板をエネルギビームで露光する露光装置のうち、露光前の前記基板が搬入される搬入部に設置可能である請求項１〜５０のいずれか一項に記載の計測装置。
52. 請求項１〜５１のいずれか一項に記載の計測装置と、
    前記計測装置による前記複数のマークの位置情報の計測が終了した前記基板が載置される基板ステージを有し、該基板ステージ上に載置された前記基板に対して、該基板上の複数のマークのうち選択された一部のマークの位置情報を計測するアライメント計測及び前記基板をエネルギビームで露光する露光が行われる露光装置と、を備えるリソグラフィシステム。
53. 前記アライメント計測時に選択される前記一部のマークは、前記計測装置で位置情報の計測が行われた複数のマークの一部である請求項５２に記載のリソグラフィシステム。
54. 前記計測装置で得られた前記複数のマークの位置情報と、前記露光装置において前記アライメント計測で得られたマークの位置情報とに基づいて、前記基板ステージの移動が制御される請求項５２又は５３に記載のリソグラフィシステム。
55. 前記計測装置は、前記露光装置の一部であって、露光前の前記基板が搬入される搬入部に設置されている請求項５２又は５３に記載のリソグラフィシステム。
56. 前記計測装置は、前記露光装置のチャンバ内に設置されている請求項５２又は５３に記載のリソグラフィシステム。
57. 前記計測装置は、前記露光装置にインライン接続されている請求項５２又は５３に記載のリソグラフィシステム。
58. 前記計測装置及び前記露光装置にインライン接続され、前記基板に所定の処理を施す基板処理装置をさらに備える請求項５７に記載のリソグラフィシステム。
59. 前記基板処理装置は、基板上に感応剤を塗布する塗布装置である請求項５８に記載のリソグラフィシステム。
60. 前記基板処理装置は、基板上に感応剤を塗布するとともに、露光後の前記基板を現像する塗布現像装置である請求項５８に記載のリソグラフィシステム。
61. 前記計測装置は、前記露光装置と前記基板処理装置との間に配置される請求項５９又は６０に記載のリソグラフィシステム。
62. 前記計測装置は、前記感応剤が塗布される前の基板上の複数のマークの位置情報の計測を行う事前計測と、前記感応剤が塗布された前記基板上の前記複数のマークの位置情報の計測を行う事後計測との両方で用いられる請求項５９〜６１のいずれか一項に記載のリソグラフィシステム。
63. 前記計測装置は、複数設けられ、該複数の計測装置のうちの第１計測装置と第２計測装置とは、前記露光装置と前記基板処理装置との間に配置され、
    前記第１計測装置及び前記第２計測装置は、前記感応剤が塗布される前の基板上の複数のマークの位置情報の計測を行う事前計測と、前記感応剤が塗布された前記基板上の前記複数のマークの位置情報の計測を行う事後計測との両方で用いられ、
    前記第１計測装置と前記第２計測装置は、複数枚の基板を連続処理するに際し、いずれも、同一基板に対する前記事前計測と前記事後計測とで用いられる請求項５９又は６０に記載のリソグラフィシステム。
64. 前記計測装置は、複数設けられ、前記複数の計測装置のうちの第１計測装置は、前記露光装置と前記基板処理装置との間に配置され、前記複数の計測装置のうちの第２計測装置は、前記基板処理装置を挟んで前記露光装置の反対側に配置され、
    前記第２計測装置は、前記感応剤が塗布される前の基板上の複数のマークの位置情報の計測を行う事前計測に用いられ、
    前記第１計測装置は、前記感応剤が塗布された前記基板上の前記複数のマークの位置情報の計測を行う事後計測に用いられる請求項５９又は６０に記載のリソグラフィシステム。
65. 前記基板処理装置は、露光後の前記基板を現像する現像装置である請求項５８に記載のリソグラフィシステム。
66. 前記計測装置は、前記露光装置と前記基板処理装置との間に配置される請求項６５に記載のリソグラフィシステム。
67. 前記計測装置は、前記感応剤が塗布された前記基板上の前記複数のマークの位置情報の計測を行う事後計測と、現像終了後の前記基板上の重ね合わせずれ計測マークの位置ずれ量を計測する重ね合わせずれ計測の両方で用いられる請求項６０、６５、６６のいずれか一項に記載のリソグラフィシステム。
68. 前記計測装置は、複数設けられ、該複数の計測装置のうちの第１計測装置は、前記露光装置と前記基板処理装置との間に配置され、残りの計測装置のうちの第２計測装置は、前記基板処理装置を挟んで前記露光装置の反対側に配置され、
    前記第１計測装置は、前記感応剤が塗布された前記基板上の前記複数のマークの位置情報の計測を行う事後計測で用いられ、
    前記第２計測装置は、現像終了後の前記基板上の重ね合わせずれ計測マークの位置ずれ量を計測する重ね合わせずれ計測で用いられる請求項６０、６５、６６のいずれか一項に記載のリソグラフィシステム。
69. 前記計測装置の前記ステージに搭載されるのに先立って、所定の温度範囲内となるように前記基板を温調する温調装置を、さらに備える請求項５２〜６８のいずれか一項に記載のリソグラフィシステム。
70. 前記温調装置は、前記基板処理装置の一部に設けられる請求項６９に記載のリソグラフィシステム。
71. 請求項５２〜７０のいずれか一項に記載のリソグラフィシステムを用いて基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
72. 請求項１〜５１のいずれか一項に記載の計測装置を備え、
    前記計測装置を用いて複数のマークの位置情報が取得された基板をエネルギビームで露光する露光装置。
73. 基板ステージをさらに備え、
    前記基板ステージは、前記計測装置による前記複数のマークの位置情報の取得が終了した前記基板を保持可能であり、
    前記計測装置を用いて取得された位置情報に基づいて、前記基板ステージの移動が制御される請求項７２に記載の露光装置。
74. 請求項７２又は７３に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
    

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