JP6748907B2 - 計測装置、露光装置、デバイス製造方法、及びパターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置、露光装置、デバイス製造方法、及びパターン形成方法に係り、更に詳しくは、物体に設けられたマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置、上記計測装置を含む露光装置、及び上記計測装置を用いたパターン形成方法、並びに上記露光装置またはパターン形成方法を用いたデバイス製造方法に関する。

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

この種の露光装置を用いたデバイスの製造プロセスでは、ウエハ上に形成された回折格子を含む複数のマークの位置計測を行い、これらのマークの位置情報に基づいて、ウエハとマスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）とを最適な相対位置関係にする操作（いわゆるアライメント）が行われる。

米国特許出願公開第２０１５／０１７６９７９号明細書

第１の態様によれば、物体に設けられたマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、前記対物光学部材に対して前記２次元平面内で前記マークが相対移動する際に該マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、前記照明光によって前記マークから発生する回折光を互いに異なる混合比率で干渉させる干渉計と、前記干渉計の出力に基づいて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備える第１の計測装置が、提供される。
第２の態様によれば、物体に設けられたマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、前記対物光学部材に対して前記２次元平面内で前記マークが相対移動する際に該マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、前記照明光によって前記マークから発生する０次反射光と、前記照明光によって前記マークから発生する回折光と、を相互に干渉させる干渉計と、前記干渉計の出力に基づいて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備える第２の計測装置が、提供される。

第３の態様によれば、物体に設けられた回折格子を含むマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、前記２次元平面の法線に対して斜め方向から前記マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、前記照明光によって前記マークから発生する回折光を相互に干渉させる干渉計と、前記マークからの０次反射光の前記干渉計への入射を遮光する遮光部材と、前記干渉計の出力を用いて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備える第３の計測装置が、提供される。

第４の態様によれば、物体に設けられた回折格子を含むマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、前記対物光学部材に対して前記２次元平面内で前記マークが相対移動する際に該マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、前記照明光によって前記マークから発生する回折光を相互に干渉させる干渉計と、前記干渉計の出力変動に基づいて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備え、前記干渉計は、前記照明光によって前記マークから発生する０次反射光と回折光とを干渉させる第４の計測装置が、提供される。

第５の態様によれば、本発明の第１〜第４の計測装置のいずれかと、前記計測装置の出力に基づいて前記物体の前記２次元平面内の位置制御を行う位置制御系と、前記位置制御系によって位置決めされた前記物体に対してエネルギビームの露光によって所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置が、提供される。

第６の態様によれば、本発明の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記物体に露光することと、前記所定のパターンが転写された前記物体を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと、前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと、を含むことを特徴とする第１のデバイス製造方法が、提供される。

第７の態様によれば、本発明の第１〜第４の計測装置のいずれかを用いて、前記物体の前記２次元平面内の位置制御を行うことと、前記位置制御を行ことによって位置決めされた前記物体に対してエネルギビームの露光によって所定のパターンを形成することと、を含むパターン形成方法が、提供される。

第８の態様によれば、本発明のパターン形成方法を用いて、前記所定のパターンを前記物体に露光することと、前記所定のパターンが転写された前記物体を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと、前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと、を含むことを特徴とする第２のデバイス製造方法が、提供される。

第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１の露光装置が備えるステージ装置を示す平面図である。 図３（ａ）は、Ｘ格子及びＹ格子を含む格子マークの一例、図３（ｂ）は、α格子及びβ格子を含む格子マークの一例（その１）、図３（ｃ）は、α格子及びβ格子を含む格子マークの一例（その２）である。 図４（ａ）は、アライメントセンサの構成を概略的に示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における照明光と回折光との関係を示す図である。 ウエハ上に設定されたアランメントショット領域の配置と、図１の露光装置が備える複数のアライメントセンサとの配置関係を示す図である。 アライメントセンサが備える検出器の出力に基づいて生成される波形の一例を示す図である。 図１の露光装置が備える制御系の主要な構成を示すブロック図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図（その１及びその２）である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図（その３及びその４）である。 アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図（その５）である。 図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、アライメント動作時におけるアライメント系とウエハとの相対位置関係を示す図（その１〜その４）である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、格子マークからの回折光を示す図（その１及びその２）である。 図１３（ａ）は、第２の実施形態に係るアライメントセンサの構成を概略的に示す図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における照明光と回折光との関係を示す図である。 図１４（ａ）は、第３の実施形態に係るアライメントセンサにおける時刻ｔ１での照明光の光路を示す図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のアライメントセンサにおける時刻ｔ２での照明光の光路を示す図である。 図１５（ａ）は、図１４（ａ）のアライメントセンサにおける時刻ｔ１での反射光、及び回折光の光路を示す図であり、図１５（ｂ）は、図１４（ａ）のアライメントセンサにおける時刻ｔ２での反射光、及び回折光の光路を示す図である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第４の実施形態に係るアライメントセンサにおける照明光、及び反射光の光路を示す図（その１及びその２）、図１６（ｃ）〜図１６（ｈ）は、照明光又は反射光の光路に直交する断面を示す図（その１〜その６）である。 図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、第４の実施形態に係るアライメントセンサにおける照明光、及び回折光の光路を示す図（その１及びその２）、図１７（ｃ）〜図１７（ｈ）は、照明光又は回折光の光路に直交する断面を示す図（その１〜その６）である。 図１８（ａ）は、第５の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図１８（ｂ）は、第５の実施形態における照明光の照射点を示す図である。 第５の実施形態に係るアライメントセンサの反射光、及び回折光の光路を示す図である。 図２０（ａ）は、第６の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における照明光と回折光との関係を示す図である。 ステージ装置の変形例を示す図である。

《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態について、図１〜図１２（ｂ）を用いて説明する。

図１には、第１の実施形態に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。

露光装置１０は、照明系１２、該照明系１２からの露光用照明光（以下、「照明光」又は「露光光」と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージ１４、レチクルＲから射出した照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系１６ｂを含む投影ユニット１６、局所液浸装置１８（図１では不図示。図７参照）、ウエハステージ２４及び計測ステージ２６を含むステージ装置２０、アライメント系３０、及びこれらの制御系等を備えている。ウエハステージ２４上には、ウエハＷが載置されている。

照明系１２は、米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。照明系１２は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。

レチクルステージ１４上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、真空吸着により固定されている。レチクルステージ１４は、リニアモータ等を含むレチクル駆動系５２（図１では不図示、図７参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージ１４のステージ移動面内の位置（Ｚ軸回りの回転を含む）は、エンコーダシステム（あるいはレーザ干渉計システム）を含むレチクル計測系５６（図１では不図示、図７参照）によって計測される。レチクル計測系５６の計測値は、主制御装置５０（図１では不図示、図７参照）に供給され、主制御装置５０は、レチクル計測系５６の計測値に基づいてレチクルステージ１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクル駆動系５２を制御することで、レチクルステージ１４の位置（及び速度）を制御する。

投影ユニット１６は、レチクルステージ１４の図１における下方に配置されている。投影ユニット１６は、鏡筒１６ａと、該鏡筒１６ａ内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子から成る投影光学系１６ｂとを含む。投影光学系１６ｂとしては、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系１６ｂは、両側テレセントリックで所定の投影倍率（１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１２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、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系１６ｂ（投影ユニット１６）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、「露光領域」とも呼ぶ）ＩＡに形成される。

局所液浸装置１８（図１では不図示。図７参照）は、投影光学系１６ｂを構成する最下端の光学部材（以下、先端レンズと称する）とウエハステージ２４に保持されたウエハＷ（あるいは計測ステージ２６）との間の空間に液体（純水）を局所的に満たして液浸領域を形成するための装置である。局所液浸装置１８は、液体供給装置、液体回収装置、ノズルユニット、及び各種配管部材（それぞれ不図示）など含み、液浸領域内の液体を循環させることによって、ウエハステージ２４、及び計測ステージ２６の位置に関わらず、常に液浸領域内に液体が保持されるようにする。露光装置１０において、ウエハＷは、上記液体を介して（液浸領域を通過した）照明光ＩＬにより露光される。局所液浸装置１８を用いた液浸露光方法については、米国特許第８，００４，６５０号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

ステージ装置２０は、ベース盤２２、該ベース盤２２の上面の上方に配置されたウエハステージ２４、及び計測ステージ２６、各ステージ２４、２６を駆動するステージ駆動系５４（図１では不図示。図７参照）、並びに各ステージ２４、２６の位置を計測するステージ計測系５８（図１では不図示。図７参照）などを備えている。

ウエハステージ２４は、ステージ本体２４ａと、該ステージ本体２４ａ上に不図示のＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなど）を介して搭載され、ステージ本体２４ａに対してＺ軸方向及びＸ軸回りの回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向）に相対的に微小駆動されるウエハテーブル２４ｂとを含む。ウエハテーブル２４ｂ上には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が配置されている。また、ウエハテーブル２４ｂの上面には、ウエハホルダに保持されたウエハとほぼ面一であって、外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダよりも一回り大きな円形の開口（図２参照）が形成された撥水板２４ｃが配置されている。

また、図２に示されるように、撥水板２４ｃ上には、計測プレート２４ｄが埋め込まれている。計測プレート２４ｄの長手方向の中央には、基準マークが形成されるとともに、該基準マークのＸ軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン（Ｌ字状のスリットパターン）が形成されている。基準マークとしては、後述するプライマリアライメントセンサ３２ｐ、セカンダリアライメントセンサ３２ｓ（それぞれ図１参照）が検出可能な格子マークが用いられている。

計測ステージ２６は、ステージ本体２６ａと、該ステージ本体２６ａ上に不図示のＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなど）を介して搭載され、ステージ本体２６ａに対してＺ軸方向及びＸ軸回りの回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向）に相対的に微小駆動される計測テーブル２６ｂとを含む。

計測ステージ２６は、照度むらセンサ、波面収差計測器、空間像計測器などのセンサ群６２を有している。照度むらセンサ、及び波面収差計測器は、計測テーブル２６ｂの中央部近傍に配置されており、投影光学系１６ｂ、及び液浸領域（液体Ｌｑ）を介して照明光ＩＬ（図２では不図示。図１参照）を受光する。また、空間像計測器は、ウエハステージ２４と計測ステージ２６とが、Ｙ軸方向に関して所定距離以内に接近（あるいは接触）した状態で、上述したウエハステージ２４が有するスリットパターンを介してウエハステージ２４から送光される照明光ＩＬを受光する。上記センサ群６２を用いた照明光ＩＬの各種キャリブレーション動作に関しては、米国特許第８，０５４，４７２号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

また、ステージ本体２６ａの−Ｙ側の側面には、断面矩形の棒状部材から成る基準部材としてのフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）２８が取り付けられている。ＦＤバー２８は、原器として機能する部材であり、低熱膨張の素材によって形成されている。ＦＤバー２８の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。基準マークＭとしては、後述するプライマリアライメントセンサ３２ｐ、セカンダリアライメントセンサ３２ｓが検出可能な格子マークが用いられている。これらの複数の基準マークＭの相互の位置関係は、既知であるものとする。

ウエハステージ２４、及び計測ステージ２６それぞれのステージ本体２４ａ、２６ａは、底面に複数のエアベアリングを有している。ステージ本体２４ａ、２６ａそれぞれは、該エアベアリングからベース盤２２の上面に対して噴出する加圧空気の静圧により、ベース盤２２の上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で浮上している。また、各ステージ本体２４ａ、２６ａは、ステージ駆動系５４（図７参照）によって、ベース盤２２の上面に沿ってＹ軸、及びＸ軸方向に独立して駆動可能となっている。なお、図７では、上記ステージ本体２４ａ、２６ｂをＸＹ２軸方向に駆動するためのアクチュエータと、上記各テーブル２４ｂ、２６ｂをステージ本体２４ａ、２６ｂに対して微小駆動するためのＺ・レベリング機構とを含んで、ステージ駆動系５４として示されている。

また、ステージ装置２０では、ウエハテーブル２４ｂの上面と計測テーブル２６ｂの上面とを同一高さ、且つＹ軸方向に関して所定距離以内に接近（あるいは接触）した状態（以下、スクラム状態と称する）とすることで、液浸領域（液体Ｌｑ）の受け渡しを行う。すなわち、ステージ装置２０では、ウエハテーブル２４ｂと計測テーブル２６ｂの一方と投影光学系１６ｂ（先端レンズ）との間に液浸領域が形成された状態から、上記スクラム状態で各ステージ２４、２６がＹ軸方向に駆動されることにより、ウエハテーブル２４ｂと計測テーブル２６ｂの他方と投影光学系１６ｂとの間に液浸領域が形成された状態に移行する。上記液浸領域の相互受け渡し動作に関しては、米国特許第８，０５４，４７２号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

なお、ステージ装置２０において、各ステージ２４、２６の構造は、これに限定されず、適宜変更が可能である。すなわち、各ステージ２４、２６において、各テーブル２４ｂ、２６ｂを、対応するステージ本体２４ａ、２６ａに対して一体化し、該一体化されたステージ本体２４ａ、２６ａそれぞれを６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）方向に駆動しても良い。また、上述したステージ駆動系５４（図７参照）の構成も、特に限定されず、米国特許第８，０５４，４７２号明細書などに開示されるような、ＸリニアモータとＹリニアモータとを組み合わせた駆動系を用いることが可能であるし、公知のＸＹ２次元平面モータを含む駆動系を用いることも可能である。

また、上述したステージ計測系５８（図７参照）の構成も、特に限定されない。ステージ計測系５８としては、２次元エンコーダシステムを含む計測系、レーザ干渉計システムを含む計測系、２次元エンコーダシステムとレーザ干渉計システムとを併用する計測系などを用いることが可能である。また、計測系としてエンコーダシステムを用いる場合には、計測対象物（ここではウエハステージ２４、及び計測ステージ２６）にエンコーダスケール（回折格子）が配置されるとともに、所定の固定部材（ここでは投影ユニット１６を支持するメトロロジフレーム１６ｃ（それぞれ図１参照））にエンコーダヘッドが配置されるようなシステムを用いても良いし、これとは逆に、計測対象物にエンコーダヘッドが配置されるとともに、所定の固定部材にエンコーダスケールが配置されるようなシステムを用いても良い。また、２次元エンコーダシステムとレーザ干渉計システムとを併用する計測系を用いる場合、高精度で計測対象物の位置計測を行う必要がある領域でのみ２次元エンコーダシステムを用いつつ、その２次元エンコーダシステムの計測可能領域以外の領域でレーザ干渉計システムを用いるシステムであっても良いし、計測対象物の全移動可能範囲において２次元エンコーダシステム、及びレーザ干渉計システムの双方を用いるシステムであっても良い。

また、計測対象物（ここではウエハステージ２４、及び計測ステージ２６）のＺ軸方向の位置計測系としては、光ピックアップのような構成の光学式の変位センサを含む複数のＺセンサを用いるシステムを用いても良いし、レーザ干渉計システムを用いても良い。また、計測対象物のＸＹ平面内の位置計測をエンコーダシステムを用いて行う場合、該エンコーダシステムの計測ヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）を、Ｚ軸方向の位置計測も可能な２次元ヘッド（ＸＺヘッド、ＹＺヘッド）とした３次元エンコーダシステムを用いても良い。なお、上述したレチクル計測系５６（図７参照）も、ステージ計測系５８と同様な計測システムを用いることができる。

次に、ウエハＷに形成されたアライメントマーク、及び該アライメントマークの検出に用いられるオフ・アクシス型のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを含むアライメント系３０について説明する。

アライメント系３０による検出対象であるアライメントマークとして、ウエハＷ上の各ショット領域には、図３（ａ）〜図３（ｃ）の何れかに示されるような格子マークＧＭが形成されている。格子マークＧＭは、各ショット領域のスクライブライン内に少なくとも１つ形成されている。

図３（ａ）に示される一例の格子マークＧＭは、Ｘ格子ＧｘとＹ格子Ｇｙとを含む。Ｘ格子Ｇｘは、Ｘ軸方向に所定ピッチで配列されたＹ軸に平行な複数の格子線を有し、Ｙ格子Ｇｙは、Ｙ軸方向に所定ピッチで配列されたＸ軸に平行な複数の格子線を有する。格子マークＧＭがアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ（図２参照）からの照明光Ｌに対して各格子Ｇｘ、Ｇｙの周期方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に相対移動（図３（ａ）の矢印参照）することによって、格子マークＧＭ（すなわちウエハＷ（図１参照））のＸ位置、及びＹ位置が計測される。なお、図３（ａ）に示される例では、Ｘ格子ＧｘとＹ格子ＧｙとがＸ軸方向に所定間隔で並んで配置されているが、これに限られず、Ｙ軸方向に所定間隔で並んで配置されていても良い。

図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示される他の例の格子マークＧＭは、それぞれα格子Ｇαとβ格子Ｇβとを含む。α格子Ｇαは、ＸＹ平面内でＸ軸に対して４５°の角度を成す方向（以下、本実施形態における座標系において、α方向と称する）に所定ピッチで配列された、ＸＹ平面内でα方向に直交する方向（同様に、β方向と称する）に平行な複数の格子線を有し、β格子Ｇβは、β方向に所定ピッチで配列された、α方向に平行な複数の格子線を有する。図３（ｂ）に示される格子マークＧＭでは、α格子Ｇαとβ格子ＧβとがＹ軸方向に並んで配置されており、図３（ｃ）に示される格子マークＧＭでは、α格子Ｇαとβ格子ＧβとがＸ軸方向に並んで配置されている。上述した図３（ａ）に示される格子マークＧＭの位置計測では、照明光Ｌに対して格子マークＧＭをＸ軸方向及びＹ軸方向に（すなわち２回）相対移動させる必要があるのに対し、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示される格子マークＧＭの位置計測では、各格子Ｇα、Ｇβの配列方向（Ｙ軸又はＸ軸方向）への１回の相対移動動作で各格子マークＧＭのα方向、及びβ方向の（すなわち、演算によりＸＹ平面内の）位置計測を行うことができる。

なお、ウエハＷ（図１参照）に形成される格子マークＧＭの種類は、特に限定されないが、本実施形態では、図３（ｃ）に示される格子マークＧＭが形成されているものとする。また、図３（ａ）〜図３（ｃ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図における回折格子も同様である。また、図３（ａ）〜図３（ｃ）では、照明光Ｌが格子マークＧＭに対して走査されるように図示されているが、実際には、計測中の照明光Ｌの照射点のＸＹ平面内の位置は、固定であり、格子マークＧＭが計測ビームの照射点に対して移動する。

アライメント系３０は、図１に示されるように、投影ユニット１６の−Ｙ側に配置されたプライマリアライメントセンサ３２ｐ、及びセカンダリアライメントセンサ３２ｓ、並びに各アライメントセンサ３２ｓ、３２ｐに計測用照明光を供給する光源３４（図１では不図示。図４（ａ）、図７など参照）を備えている。光源３４としては、全体的な波長域が、２００〜１６００ｎｍ程度となるように、それぞれの色が異なる複数のレーザダイオードが組み合わされたものが使用される。なお、光源３４は、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれが個別に有していても良い。

アライメント系３０は、図２に示されるように、１つのプライマリアライメントセンサ３２ｐと、６つのセカンダリアライメントセンサ３２ｓとを有している。プライマリアライメントセンサ３２ｐは、投影光学系１６ｂの光軸ＡＸ（図１参照）から−Ｙ側に所定距離隔てた位置に配置され、メトロロジフレーム１６ｃ（図１参照）の下面に固定されている。プライマリアライメントセンサ３２ｐの検出視野は、投影光学系１６ｂの光軸ＡＸと直交し、且つＹ軸に平行な直線ＣＬ上に配置されている。また、６つのセカンダリアライメントセンサ３２ｓのうち、３つがプライマリアライメントセンサ３２ｐの＋Ｘ側にＸ軸方向に所定間隔で配置され、残りの３つがプライマリアライメントセンサ３２ｐの−Ｘ側にＸ軸方向に所定間隔で配置されている。＋Ｘ側の３つのセカンダリアライメントセンサ３２ｓと、−Ｘ側のセカンダリアライメントセンサ３２ｓとは、直線ＣＬを中心としてほぼ対称な配置で設けられている。

各セカンダリアライメントセンサ３２ｓは、アライメント駆動系３６（図２では不図示。図７参照）によってＸ軸方向に所定のストロークで独立して駆動可能となっている。アライメント駆動系３６は、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓを駆動するためのアクチュエータと、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓをメトロロジフレーム１６ｃ（図１参照）に対して固定する（メトロロジフレーム１６ｃに各セカンダリアライメントセンサ３２ｓを保持させる）ための保持機構とを含む。これにより、アライメント系３０では、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓの検出視野のＸ位置を個別に調整することができるようになっている（図５参照）。

ここで、本実施形態において、アライメント系３０は、スループットとの兼ね合いから、図５に示されるように、全ショット領域のうちの一部（図５において太線で囲まれている合計で２４のショット領域Ｓ）に形成された格子マークＧＭを検出対象とする。以下、検出対象の格子マークＧＭが形成されたショット領域Ｓを、サンプルショット領域Ｓと称して説明する。

本実施形態における、２４のサンプルショット領域Ｓは、互いのＹ軸方向の位置が異なる、４つのグループに分けられている。以下、上記４つのグループを、＋Ｙ側から順に第１〜第４グループと称して説明する。第１〜第４の各グループには、複数（第１及び第４グループには５つ、第２及び第３グループには７つ）のサンプルショット領域Ｓが含まれており、本実施形態におけるアライメント系３０は、１つのグループに含まれる複数（５又は７）のサンプルショット領域Ｓ内の格子マークＧＭを、可能な限り少ない回数（すなわち、可能であれば１回）で検出するように制御される。すなわち、アライメント系３０は、可能であれば、複数（５又は７）の格子マークＧＭを一括計測（同時計測）し、一部の格子マークＧＭが対応するアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの焦点深度（ＤＯＦ）の範囲外であるなど、複数の格子マークＧＭの一括計測が不可能である場合には、ウエハＷのＺ軸方向の位置を適宜制御しつつ、複数回に分けて複数の格子マークＧＭを検出する。なお、本実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、焦点深度が数μｍと十分に広いので、通常は、検出対象の複数の格子マークＧＭを一括で検出できる。

次に、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの構成、及び動作について図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。なお、セカンダリアライメントセンサ３２ｓは、アライメント駆動系３６（図７参照）によるＸ軸方向への移動及び位置決めが可能である点を除き、光学系の構成、及びマークＭｋの検出方法などは、プライマリアライメントセンサ３２ｐと実質的に同じである。

図４（ａ）に示されるように、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、ミラー４０、対物レンズ４２、干渉計４４、及び複数の検出器４６などを備えている。

光源３４から出射した照明光Ｌは、光路折り曲げ鏡としてのミラー４０によって光路が曲げられ、ウエハＷに形成された検出対象の格子マークＧＭに対し、対物レンズ４２の中心を通過（透過）してほぼ垂直に入射する。すなわち、アライメント系３０では、光源３４とミラー４０とによって、格子マークＧＭに照明光Ｌを照射する照明系が構成されている。ここで、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、光源３４から出射した照明光Ｌの光路上に不図示の絞りを備えており、この絞りによって、照明光Ｌの格子マークＧＭ上における照射点の径（スポット径）が、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、格子線の長さよりも短く設定される。従って、無効となる（マーク検出に使用されない無駄な）光が少なく、効率が良い。なお、この絞りは、ウエハＷの表面（格子マークＧＭの位置）と光学的に共役な位置に配置されていても良い。

図４（ａ）に戻り、格子マークＧＭからは、照明光Ｌに基づく複数の回折光（放射光）が発生する。回折光には、０次反射光Ｌｒ（０次の回折光。図４（ｂ）参照）と、格子マークＧＭの格子ピッチに応じた複数のＮ次回折光Ｌｄ（α格子Ｇαからの＋Ｎ次の回折光＋Ｌｄα、α格子Ｇαからの−Ｎ次の回折光−Ｌｄα、β格子Ｇβからの＋Ｎ次の回折光＋Ｌｄβ、及びβ格子Ｇβからの−Ｎ次の回折光−Ｌｄβ。Ｎは、１以上の整数）が含まれる。上記回折光（０次反射光Ｌｒ、及び±Ｎ次回折光±Ｌｄα、±Ｌｄβ）は、それぞれ対物レンズ４２を通過（透過）する。図４（ｂ）は、対物レンズ４２の瞳面を示す図である（±Ｎ次回折光±Ｌｄα、±Ｌｄβは、一部のみ図示）。なお、照明光Ｌがα格子Ｇαを照射している場合には、０次反射光Ｌｒ及び±Ｎ次回折光±Ｌｄαが発生しており、照明光Ｌがβ格子を照射している場合には、０次反射光Ｌｒ及び±Ｎ次回折光±Ｌｄβが発生している。図４（ｂ）では、双方の場合における±Ｎ次回折光±Ｌｄα、±Ｌｄβを図示している。

対物レンズ４２を通過した複数の±Ｎ次回折光±Ｌｄα、±Ｌｄβは、干渉計４４に入射する。これに対し、０次反射光Ｌｒは、照明光Ｌ（入射光）と同じ光路上を進行することから、ミラー４０によって干渉計４４に対する入射が阻害される。すなわち、ミラー４０が０次反射光Ｌｒに対する遮光部材として機能することによって、干渉計４４には、照明光Ｌに基づく格子マークＧＭからの回折光（放射光）のうち、±Ｎ次回折光±Ｌｄα、±Ｌｄβのみが入射する。

干渉計４４は、米国特許第６，９６１，１１６号明細書に開示される干渉計と同様の機能を有しており、格子マークＧＭからの＋Ｎ次回折光＋Ｌｄαに対して格子マークＧＭからの−Ｎ次回折光−Ｌｄαを所定の混合比率で重ね合わせるとともに、格子マークＧＭからの−Ｎ次回折光−Ｌｄαに対して格子マークＧＭからの＋Ｎ次回折光＋Ｌｄαを所定の混合比率で重ね合わせる。そして、格子マークＧＭからの＋Ｎ次回折光＋Ｌｄβに対して格子マークＧＭからの−Ｎ次回折光−Ｌｄβを所定の混合比率で重ね合わせるとともに、格子マークＧＭからの−Ｎ次回折光−Ｌｄβに対して格子マークＧＭからの＋Ｎ次回折光＋Ｌｄβを所定の混合比率で重ね合わせる。言い換えると、干渉計４４は、入射する±Ｎ次回折光を分割し、分割された一方の光路と他方の光路とを、光軸に関して相対的に１８０度（１８０度±ｎ×３６０度：ｎは整数）だけ回転させた後に合成する。なお、干渉計４４を自己参照干渉計と称しても良い。干渉計４４から出射した光束は、瞳面４８（絞り位置）上に配置された複数の検出器４６に入射する。検出器４６は、不図示のフォトダイオードを含み、その出力は、主制御装置５０に供給される（図７参照）。

ここで、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓにおいて、干渉計４４は、格子マークＧＭから発生する特定方向の光同士、具体的には、同一次数の一対の回折光（＋Ｎ次回折光と−Ｎ次回折光）同士を干渉させる。同一次数の一対の回折光は、回折角度が同じであるので、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系の焦点深度（ＤＯＦ）を広くすることができる。すなわち、仮に回折次数（回折角度）が異なる一対の回折光同士を干渉させる場合、光軸方向（ここではＺ軸方向）に関して理想的な結像位置（ベストフォーカス位置）が互いに異なる（ずれる）ので、デフォーカス状態が発生し易く（ＤＯＦが狭く）なる。これに対し、本実施形態では、同次数の回折光、すなわち特定方向の光同士を干渉させるので、ＤＯＦを広く（例えば数μｍ程度と）することができる。また、特定方向の光のみを用いるので、対物レンズ４２は、特定の部位のみが用いられる。言い換えると、対物レンズ４２の特定の部位のみを光が通過する。これにより、特定の光路を通過する光のみに関して収差補正をすれば良いので、対物レンズ４２の小型化、及び高ＮＡ化が可能となる。

検出器４６の出力からは、一例として、図６に示されるような波形の信号（干渉信号）が得られる。主制御装置５０（図７参照）は、図６に示されるような信号の位相から、格子マークＧＭ（Ｘ格子Ｇｘ、Ｙ格子Ｇｙ、あるいはα格子Ｇα、β格子Ｇβ。それぞれ図３（ａ）〜図３（ｃ）参照）それぞれの位置を演算によって求める。これにより、ＸＹ２次元座標系上における格子マークＧＭの位置が求まる。

より具体的に説明すると、図６に示される波形のエッジ部分（横軸方向の両端部において波形が立ち上がる部分）の位置によって、格子マークＧＭのラフな位置を求めることができ、波形がサイン波形状となっている部分の位相から、格子マークＧＭの詳細な位置を求めることができる。従って、上記ラフな位置情報から、ウエハのサーチアライメントを行うこと、及び上記詳細な位置情報から、ウエハのファインアライメントを行うことができる。また、上記サイン波形状となっている部分の振幅から、格子マークＧＭ（回折格子）の回折効率が分かる。このように、本実施形態の露光装置１０（図１参照）では、アライメント系３０（光源３４、及びアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ）と主制御装置５０（それぞれ図７参照）とにより、ウエハＷに形成された格子マークＧＭの位置情報を求めるためのアライメント装置（格子マークＧＭの位置計測装置）が構成されている。

また、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ（それぞれ図２参照）は、それぞれアライメントオートフォーカス（アライメントＡＦ）系３８（図７参照）を有している。アライメントＡＦ系３８は、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓにおける対物光学系のＺ軸方向の検出範囲（焦点深度）内に格子マークＧＭが位置するように、自動的に光学系を制御（調整）する機構を有している。ここで、アライメントＡＦ系３８は、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系が独立に有することから、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて、ウエハＷ表面の表面形状（凹凸など）を計測することも可能である。なお、アライメントＡＦ系３８の詳細は、例えば米国特許第５，７８３，８３３号明細書を参照することができる。

また、露光装置１０は、上述したアライメントＡＦ系３８とは別に、オートフォーカス系（ＡＦ系）６４（図７参照）を有している。ＡＦ系６４は、米国特許第５，４４８，３３２号明細書や米国特許出願公開第２０１２／０００８１５０号公報などに開示されるような、斜入射方式の多点焦点型位置検出装置を含み、ウエハＷ上にＸ軸方向に延びる帯状の検出領域を形成し、該検出領域内におけるウエハＷの面位置（ウエハＷ表面の凹凸、平面度など）を計測する。

図７には、露光装置１０における、制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、装置全体を統括して制御する主制御装置５０を中心として構成されている。

次に、本実施形態の露光装置１０（図１参照）で行われるアライメント系３０のキャリブレーション動作、及びアライメント系３０を用いたウエハアライメント動作について、図８〜図１１（ｄ）を用いて説明する。以下のキャリブレーション動作、及びウエハアライメント動作は、主制御装置５０（図７参照）の管理の元に行われる。なお、図８〜図１１（ｄ）において、主制御装置５０は、不図示とする。

露光装置１０（図１参照）では、ウエハアライメント動作の事前にアライメント系３０のキャリブレーション動作が行われる。キャリブレーション動作には、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのベースライン計測が含まれる。ここで、プライマリアライメントセンサ３２ｐのベースラインとは、投影光学系１６ｂによるパターン（レチクルＲのパターン）の投影位置とプライマリアライメントセンサ３２ｐの検出中心との位置関係（又は距離）を意味する。また、以下に説明するウエハアライメント動作、及びキャリブレーション動作において、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓは、サンプルショット領域Ｓ（図５参照）の配置に合わせて、Ｘ軸方向の位置調整が事前に行われているものとする。

プライマリアライメントセンサ３２ｐのベースライン計測が開始される時点では、図８（ａ）に示されるように、投影光学系１６ｂと計測ステージ２６（ＦＤバー２８）との間に、液浸領域（以下、液体Ｌｑと同じ符号を付して、液浸領域Ｌｑとして説明する）が形成されている。また、ウエハステージ２４と計測ステージ２６とは、離間した状態にある。主制御装置５０は、ウエハテーブル２４ｂ上の計測プレート２４ｄに形成された基準マーク（不図示）を、プライマリアライメントセンサ３２ｐによって検出する。また、主制御装置５０は、そのプライマリアライメントセンサ３２ｐの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８（図７参照）の計測値とを対応付けて不図示のメモリに記憶する。この処理を、以下では、便宜上Ｐｒｉ−ＢＣＨＫの前半の処理と呼ぶものとする。

次に、主制御装置５０は、図８（ｂ）に示されるように、計測プレート２４ｄが投影光学系１６ｂの直下に位置するように、ウエハステージ２４の位置制御を行う。この際、計測ステージ２６とウエハステージ２４とが互いに接触した状態又は互いに近接した状態で一体的にＹ軸方向に移動することによって、液浸領域ＬｑがＦＤバー２８からウエハテーブル２４ｂに受け渡される。また、主制御装置５０は、投影光学系１６ｂによって投影されたレチクルＲ（図１参照）上の計測マークの投影像（空間像）を、前述した空間像計測器を用いて計測し、その計測結果を記憶する。以下、上記レチクルＲ上の計測マークの投影像の計測処理を、便宜上Ｐｒｉ−ＢＣＨＫの後半の処理と称して説明する。そして、主制御装置５０は、前述のＰｒｉ−ＢＣＨＫの前半の処理の結果とＰｒｉ−ＢＣＨＫの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメントセンサ３２ｐのベースラインを算出する。

次に、主として各ロットのウエハに対する処理を開始する直前（ロット先頭）に行われる、セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースライン計測動作について説明する。ここで、セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインとは、プライマリアライメントセンサ３２ｐの検出中心を基準とする、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓの検出中心の相対位置を意味する。

セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースライン計測（以下、適宜Ｓｅｃ−ＢＣＨＫとも呼ぶ）に際して、主制御装置５０は、図９（ａ）に示されるように、ロット先頭のウエハＷ（プロセスウエハ）上の特定の格子マークＧＭをプライマリアライメントセンサ３２ｐで検出し、その検出結果と、その検出時のステージ計測系５８（図７参照）の計測値とを対応付けて記憶する。また、主制御装置５０は、ウエハステージ２４を適宜駆動し、図９（ｂ）に示されるように、上記特定の格子マークＧＭを、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓで検出し、その検出結果と、その検出時のステージ計測系５８の計測値とを対応付けて記憶する。主制御装置５０は、上記記憶したデータに基づいて、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインをそれぞれ算出する。

このように、本実施形態では、ロット先頭のウエハＷ（プロセスウエハ）を用いて、そのウエハＷ上の同一のアライメントマークを、プライマリアライメントセンサ３２ｐと各セカンダリアライメントセンサ３２ｓとで検出することによって、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインを求めることから、結果的に、プロセスに起因するアライメントセンサ間の検出オフセットの差も補正される。

次に、ロット内の処理中に、所定のタイミング、一例として、ウエハＷの露光終了から次のウエハＷのウエハテーブル２４ｂ上へのロードが完了するまでの間、すなわちウエハ交換中に行われるＳｅｃ−ＢＣＨＫの動作について説明する。この場合のＳｅｃ−ＢＣＨＫは、ウエハ交換毎というインターバルで行われるので、以下ではＳｅｃ−ＢＣＨＫ（インターバル）とも記述する。

Ｓｅｃ−ＢＣＨＫ（インターバル）に際して、主制御装置５０は、図１０に示されるように、ＦＤバー２８に形成された複数のマークのうち、中央近傍のマークをプライマリアライメントセンサ３２ｐに検出させる。主制御装置５０は、この状態で、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓそれぞれに視野内のマークを同時検出させることによって、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインをそれぞれ求める。このように、Ｓｅｃ−ＢＣＨＫをウエハ交換毎というインターバルで行うことにより、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインの影響を補正することができる。なお、上記説明では、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓが視野内のマークを同時検出するものとして説明したが、これに限られず、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓがＦＤバー２８上の同一のマークを順次検出しても良い。

次に、アライメント系３０を用いたウエハアライメント動作について、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）を用いて説明する。上述したように、ウエハＷ上に設定された２４のサンプルショット領域Ｓは、第１〜第４グループに分けられ、ウエハアライメント動作は、最も＋Ｙ側の第１グループから順番に行われる。なお、第１及び第４グルーブに属する格子マークＧＭの検出時において、最も＋Ｘ側、及び最も−Ｘ側のセカンダリアライメントセンサ３２ｓは、それぞれ使用されない。

主制御装置５０は、所定のローディングポジションにおいて、ウエハステージ２４（図１参照）上にウエハＷがローディングされると、図１１（ａ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の出力に基づいて、ウエハステージ２４をＸ軸、及びＹ軸方向に適宜駆動し、第１グループのアライメント開始位置にウエハＷを位置決めする。

本実施形態のアライメント系３０では、上記アライメント開始位置からウエハＷを各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓから照射される照明光Ｌに対して所定の走査方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）に相対移動（図３（ｃ）参照）させることにより、第１グループに含まれる５つのサンプルショット領域内に形成された格子マークＧＭの同時検出を行う。主制御装置５０は、第１グループに含まれる、５つの格子マークＧＭの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８（図６参照）の計測値とを関連付けて記憶する。

次に、主制御装置５０は、図１１（ｂ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の計測値に基づいて、ウエハステージ２４をＹ軸方向に駆動して、７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓが、ウエハＷ上の第２グループに属する７つのサンプルショット領域Ｓに形成された格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれは、対応する７つの格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置５０は、上記７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８の計測値とを関連付けて記憶する。

次に、主制御装置５０は、図１１（ｃ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の計測値に基づいて、ウエハステージ２４をＹ軸方向に駆動して、７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓが、ウエハＷ上の第３グループに属する７つのサンプルショット領域Ｓに形成された格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれは、対応する７つの格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置５０は、上記７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８の計測値とを関連付けて記憶する。

次に、主制御装置５０は、図１１（ｄ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の計測値に基づいて、ウエハステージ２４をＹ軸方向に駆動して、５つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓが、ウエハＷ上の第４グループに属する５つのサンプルショット領域Ｓに形成された格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。５つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれは、対応する７つの格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置５０は、上記５つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８の計測値とを関連付けて記憶する。

そして、主制御装置５０は、このようにして得た合計で２４の格子マークＧＭの検出結果と、対応するステージ計測系５８（図７参照）の計測値とを用いて、米国特許第４，７８０，６１７号公報などに開示される統計演算（いわゆるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント））を行って、ステージ計測系５８の計測軸で規定される座標系上におけるウエハＷ上の全てのショット領域の配列を算出する。以下、主制御装置５０は、上記配列座標に基づいて、レチクルＲ及びウエハＷを適宜ＸＹ平面内で適宜位置決めしつつ、各ショット領域に対するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光動作を行う。この走査露光動作に関しては、従来から行われているステップ・アンド・スキャン方式の走査露光動作と同じであるので、説明を省略する。

このように、本実施形態では、互いにＹ位置の異なる第１〜第４グループの各グループに属する５又は７の格子マークＧＭを一括検出することができる。従って、合計で４回の検出動作で合計２４の格子マークＧＭの検出動作を完了することができ、仮に２４の格子マークＧＭを個別に検出する場合などに比べて、格段に短時間でショット領域の配列を算出することができる。

また、本実施形態では、上記格子マークＧＭのＸＹ平面内での位置計測に加え、アライメント系３０を用いて格子マークＧＭの特徴に関する計測値を求めることができるようになっている。

具体的には、アライメント系３０は、格子マークＧＭからの複数の回折光に基づいて、いわゆるスキャトロメトリ法（光波散乱計測法）によって所定の計測値（以下、「スキャトロ計測値」と称して説明する）を求め、該スキャトロ計測値に基づいて、格子マークＧＭの周期方向に関する形状の対称性を求める。すなわち、図４（ａ）に示されるように、格子マークＧＭの回折格子は、周期方向に凹凸が連続する形状で形成されている。そして、照明光Ｌが回折格子に照射される際、図１２（ａ）に示されるように、照明光Ｌの光軸中心に対して格子マークＧＭの形状の対称性が確保されている場合には、格子マークＧＭからの＋Ｎ次（図１２（ａ）ではＮ＝１〜３）、及び−Ｎ次回折光の互いの強度、及び位相が対称（同じ）となる。ここで、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、各矢印の太さは、光の強度を示し、各矢印の長さは、光の位相を示している。

これに対して、周期方向に関して格子マークＧＭの形状の対称性が損なわれている場合には、図１２（ｂ）に示されるように、＋Ｎ次（図１２（ｂ）ではＮ＝１〜３）回折光と−Ｎ次回折光とで、互いの強度、及び位相が、非対称となる。

上述したように、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓでは、図６に示されるような波形信号が生成される。この波形信号の座標系の縦軸は、光量を表しており、波形の振幅は、回折効率を表している。すなわち、上記格子マークＧＭからの回折光の強度、及び位相は、各検出器４６の出力に基づいて生成される波形信号に反映され、これにより、該波形信号から、格子マークＧＭの形状の周期方向に関する対称性を推定することができる。

ここで、図４（ａ）に示されるアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓでは、格子マークＧＭからの同一次数の一対の回折光（±Ｎ次回折光）同士を干渉計４４において混合させる構成であることから、その強度の混合比は、Ｍ：Ｎ（Ｍ≠Ｎ）となっている。これは、上記強度の混合比が仮に１：１であると、検出器４６において、格子マークＧＭからの一対の回折光の強度比率（スキャトロ計測値）を計測できないからである。以下、その理由について説明する。

アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓにおいて、格子マークＧＭの周期方向（ここでは便宜上Ｘ方向とする）に関して、＋Ｎ次回折光の電場、−Ｎ次回折光の電場、干渉計４４における干渉後の電場（検出器４６が検出する光の電場）、検出器４６で計測される光強度Ｉ_＋、Ｉ₋は、それぞれ以下になる。

以上より、Ｍ≠Ｎであれば、回折光の強度比を求めることができることが分かる。干渉計４４は、一例として米国特許第７，５６４，５３４号明細書に開示される干渉計と同様に、ビームスプリッタ（不図示）を有しており、該ビームスプリッタ面の振幅分割比を１：１から変更することによって、容易に入射する２つの光の混合比率を変更することができる。

主制御装置５０は、複数の格子マークＧＭに関して、それぞれアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓから、図６に示されるような波形信号を取得するとともに、該波形信号に基づいて、上記複数の格子マークＧＭそれぞれについての波形信号を比較することによって、複数の格子マークＧＭのうち、最も形状が安定した（対称性に優れる）格子マークＧＭを選択することができる。

また、本実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、上述したように、照明光Ｌとして、互いに波長の異なる複数の光（レーザ）を照射可能である。主制御装置５０は、上記選択された格子マークＧＭに対し、波長の異なる複数の光を照射し、該複数の光それぞれに基づいて、図６に示されるような波形信号を取得する。そして、主制御装置５０は、上記複数の光それぞれについての波形信号を比較することによって、複数の光のうち、ウエハアライメントに最も適した波長の光を選択することができる。

このように、本実施形態では、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて、ウエハアライメントに用いるのに最適な格子マークＧＭ、及びマーク検出用の照明光の選択を行うことができる。格子マークＧＭの形状の対称性は、格子マークＧＭの位置計測精度に大きな影響を与えるため、格子マークＧＭの位置計測を行う際、上記選択された格子マークＧＭ（最も形状的に対称性が高い格子マークＧＭ）を用いることによって、格子マークＧＭの位置情報を、より高精度で求めることができる。また、ウエハアライメント時におけるウエハＷの位置決め精度が向上する。

また、上述したスキャトロメトリ法による格子マークＧＭの形状の対称性（又は非対称性）の推定（計測）は、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて格子マークＧＭに対して照明光Ｌを照射することによって行われることから、格子マークＧＭのＸＹ座標系内での位置計測動作と、格子マークＧＭの形状の対称性の推定（計測）動作を、同時に行うことができる。したがって、スループットに影響を与えることなく格子マークＧＭの形状の推定を行うことができる。

《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態について図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を用いて説明する。第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２の構成は、光学系の構成が異なる点を除き、上記第１の実施形態と同じであるので、以下、相違点についてのみ説明し、上記第１の実施形態と同じ構成及び機能を有する要素については、上記第１の実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。後述する第３〜第６の実施形態についても同様である。また、本第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２は、ＸＹ平面内の位置が固定のプライマリアライメントセンサとしても、ＸＹ平面内で位置が可動のセカンダリアライメントセンサとしても用いることができる。後述する第３〜第６の実施形態に係る各アライメントセンサについても同様である。なお、ウエハＷに形成される格子マークＧＭの種類は、特に限定されないが、第２〜第６の実施形態では、図３（ａ）に示される格子マークＧＭが形成されているものとする。

図１３（ａ）に示される第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２では、光源３４からの照明光Ｌが、ビームスプリッタ１４０に入射し、対物レンズ４２を介して格子マークＧＭに所定の角度で（ＸＹ平面の法線（Ｚ軸方向）に対して斜めに）入射（斜入射）する。この照明光の入射角度は、照明光Ｌの入射角度と１次回折光の回折角度が一致するように設定されており、照明光Ｌに基づく格子マークＧＭからの一対の回折光（１次回折光Ｌｄ、及び０次反射光Ｌｒ）が、それぞれ対物レンズ４２、ビームスプリッタ１４０を介して干渉計４４に入射する（図１３（ｂ）参照）。干渉計４４、及び一対の検出器４６の構成及び機能は、上記第１の実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓと同じである。すなわち、０次反射光Ｌｒと１次回折光Ｌｄとは、干渉計４４において光強度が互いに異なる比率で混合される。これによって、格子マークＧＭの位置情報と上述したスキャトロ計測値とが同時に求められる。本第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２によれば、格子マークＧＭに対して照明光Ｌを斜入射させるので、上記第１の実施形態（垂直入射方式）に比べ、より狭いピッチの格子マークＧＭを検出することができる。なお、照明光Ｌの入射角度と１次回折光の回折角度が一致するように、格子マークＧＭの格子ピッチを設定しても良い。

《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態について、図１４（ａ）〜図１５（ｂ）を用いて説明する。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示されるように、第３の実施形態に係るアライメントセンサ２３２は、光学系の構成に関しては、図１３（ａ）に示される第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２とほぼ同じであるが、干渉計４４における０次反射光Ｌｒと１次回折光Ｌｄとの光強度の混合比率が１：１である点が異なる。そして、計測時における対物レンズ４２に対するウエハＷの移動方向（図１４（ａ）、図１４（ｂ）では、＋Ｘ方向）に関して、互いに異なる２方向から照明光Ｌ（それぞれ第１の照明光、第２の照明光と称する）を時間をずらして斜入射する点が異なる。すなわち、計測時における時刻ｔ１においては、図１４（ａ）に示されるように、照明光Ｌの光路がビームスプリッタ１４０を介して曲げられ、該照明光Ｌが対物レンズ１４２のレンズ中心の＋Ｘ側の領域から出射するように、光源からビームスプリッタ１４０に対して照明光Ｌが照射される。これに対し、時刻ｔ２においては、図１４（ｂ）に示されるように、照明光Ｌが対物レンズ１４２のレンズ中心の−Ｘ側の領域から出射するように、光源からビームスプリッタ１４０に対して照明光Ｌが照射される。なお、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、照明光Ｌ（格子マークＧＭに対する入射光）と格子マークＧＭからの０次反射光Ｌｒのみが図示されている。

ここで、時刻ｔ１と時刻ｔ２とは、時系列的に重複せず、第１の照明光Ｌと第２の照明光Ｌとは、交互に間欠的に格子マークＧＭに照射される。従って、本第３の実施形態では、１つの格子マークＧＭに対して少なくとも２回のスキャン動作が行われる。これにより、時刻ｔ１での（第１の照明光Ｌに基づく）検出器４６の出力と、時刻ｔ２での（第２の照明光Ｌに基づく）検出器４６の出力とが分離される。なお、時刻ｔ１での第１の照明光Ｌと、時刻ｔ２での第２の照明光Ｌとは、強度が同じであるものとする。

アライメントセンサ２３２では、図１５（ａ）に示されるように、時刻ｔ１において、格子マークＧＭからの回折光のうち、照明光Ｌの＋１次回折光Ｌｄと、照明光Ｌの０次反射光Ｌｒとがビームスプリッタ１４０を介して干渉計４４に入射する。検出器４６は、＋１次回折光Ｌｄと０次反射光Ｌｒとの干渉に基づいて、格子マークＧＭの位置検出を行う。また、時刻ｔ２においては、図１５（ｂ）に示されるように、格子マークＧＭからの反射光のうち、照明光Ｌの−１次回折光Ｌｄと、照明光Ｌの０次反射光Ｌｒとの干渉に基づいて、格子マークＧＭの位置検出を行う。

また、本第３の実施形態では、格子マークＧＭが非対称である場合（図１２（ｂ）参照）には、時刻ｔ１における０次反射光と＋１次回折光Ｌｄとの干渉光強度、及び時刻ｔ２における０次反射光Ｌｒと−１次回折光Ｌｄとの干渉光強度が互いに異なる。これにより、上記第１の実施形態と同様に、格子マークＧＭの形状の非対称性を推定することができる。なお、第１の照明光Ｌが格子マークに照射される期間と第２の照明光が格子マークＧＭに照射される期間とが一部重複していても良い。

《第４の実施形態》
次に、第４の実施形態について、図１６（ａ）〜図１７（ｈ）を用いて説明する。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示されるように、第４の実施形態に係るアライメントセンサ３３２は、光学系の構成に関しては、図１３（ａ）に示される第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２とほぼ同じであるが、干渉計４４における０次反射光Ｌｒと１次回折光Ｌｄとの光強度の混合比率が１：１である点が異なる。そして、照明光Ｌ１、Ｌ２が、それぞれ対物レンズ４２の互いに異なる領域から同時に格子マークＧＭ上に照射され、且つ該照明光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭからの回折光が、互いに異なる光路を進行して干渉計４４に入射する点が異なる。照明光Ｌ１と、照明光Ｌ２とは、強度が同じであるものとする。なお、理解を容易にするため、照明光Ｌ１（及びその回折光）が図１６（ａ）、図１７（ａ）に、照明光Ｌ２（及びその回折光）が図１６（ｂ）、図１７（ｂ）に、それぞれ分けて図示されている。また、図１６（ｃ）及び図１６（ｄ）は、図１６（ａ）の矢印Ａの位置（対物レンズ４２の瞳面に一致）のＸＹ平面に平行な面を示し、図１６（ｅ）は、図１６（ａ）の矢印Ｂの位置のＸＹ平面に平行な面を示す。図１６（ｆ）〜図１６（ｈ）、及び図１７（ａ）〜図１７（ｈ）においても同様である。

図１６（ｃ）、図１６（ｆ）から分かるように、照明光Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ互いに光路が重複しないように、対物レンズ４２のレンズ中心の＋Ｘ側、−Ｘ側の領域から格子マークＧＭ（図１６（ａ）、図１６（ｂ）参照）に入射する。図１６（ｄ）、図１６（ｇ）から分かるように、照明光Ｌ１、Ｌ２（図１６（ｃ）、図１６（ｆ）参照）に基づく格子マークＧＭからの０次反射光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒも同様に、互いに光路が重複しないように、且つ照明光Ｌ１，Ｌ２とも光路が重複しないように、瞳面上を進行して干渉計４４（図１６（ａ）、図１６（ｂ）参照）に入射する。また、図１６（ｅ）、図１６（ｈ）から分かるように、干渉計４４から出射した一対の０次反射光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒも、それぞれ互いに光路が重複しないように進行して一対の検出器４６（図１６（ａ）、図１６（ｂ）参照）に入射する。

また、図1７（ｄ）、図１７（ｇ）から分かるように、照明光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭからの＋１次回折光Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄは、互いに光路が重複しないように、且つ照明光Ｌ１，Ｌ２（図１７（ｃ）、図１７（ｆ）参照）とも光路が重複しないように、瞳面上を進行して干渉計４４（図１７（ａ）、図１７（ｂ）参照）に入射する。また、図１７（ｅ）、図１７（ｈ）から分かるように、干渉計４４から出射した一対の回折光Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄは、それぞれ互いに光路が重複しないように進行して一対の検出器４６（図１７（ａ）、図１７（ｂ）参照）に入射する。

ここで、図１６（ｅ）、図１７（ｈ）から分かるように、照明光Ｌ１に基づく一対の０次反射光Ｌ１ｒと、照明光Ｌ２に基づく一対の回折光Ｌ２ｄとは、干渉計４４と一対の検出器４６との間において、その光路が重複しており、相互に干渉する。また、図１６（ｈ）、図１７（ｅ）から分かるように、照明光Ｌ１に基づく一対の回折光Ｌ１ｄと、照明光Ｌ２に基づく一対の０次反射光Ｌ２ｒとは、干渉計４４と一対の検出器４６との間において、その光路が重複しており、相互に干渉する。このように、アライメントセンサ３３２では、格子マークＧＭの位置情報、及びスキャトロ計測値を求める際に干渉する一対の光（回折光Ｌ１ｄ及び反射光Ｌ２ｒ、回折光Ｌ２ｄ及び反射光Ｌ１ｒ）が、互いに異なった光路を進行するので、照明光Ｌ１に基づく出力と照明光Ｌ２に基づく出力とが、分離される。従って、上記第３の実施形態のように、時間差を設定して２つの照明光を照射する必要がなく、効率が良い。

《第５の実施形態》
次に、第５の実施形態について、図１８（ａ）〜図１９を用いて説明する。図１８（ａ）に示されるように、第５の実施形態に係るアライメントセンサ４３２では、格子マークＧＭに入射する２つの照明光Ｌ１、Ｌ２の格子マークＧＭ上における照射点が互いに異なる点が、上記第１〜第４の実施形態と異なる。

図１８（ａ）に示されるように、アライメントセンサ４３２には、不図示の光源から２つの照明光Ｌ１、Ｌ２が供給される。照明光Ｌ１、Ｌ２は、対物レンズ４２の瞳面と共役な位置に配置された一対の偏向部材４４２（例えばクサビ、ＤＯＥ、反射部材等）によって偏向された後、レンズ４４４ａ、４４４ｂ、ビームスプリッタ１４０、対物レンズ４２を介して格子マークＧＭに入射する。２つの照明光Ｌ１、Ｌ２は、偏向部材４４２の作用により、格子マークＧＭ上の照射位置がずれる。本変実施形態では、図１８（ｂ）に示されるように、計測時におけるウエハＷと照明光Ｌ１、Ｌ２の相対移動方向（図１８（ｂ）ではＸ軸方向）に沿って、照明光Ｌ１、Ｌ２のウエハＷの照射点が、格子マークＧＭのＸ軸方向の寸法（距離Ｄ１）よりも長いピッチ（距離Ｄ２）でずれるように、偏向角度が設定されている。従って、照明光Ｌ１と照明光Ｌ２とが同時に格子マークＧＭ上に照射されることがなく、これにより、照明光Ｌ１に基づく干渉信号と、照明光Ｌ２に基づく干渉信号とが分離される。また、照明光Ｌ１、Ｌ２の格子マークＧＭへの入射角度は、同じ（ただし、方向が互いに反対）である。

図１８（ａ）に戻り、照明光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭからの０次反射光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒは、互いに異なる光路を進行し、対物レンズ４２、ビームスプリッタ１４０を介して干渉計４４に入射する。干渉計４４が一対の０次反射光Ｌ１ｒ、及び一対の０次反射光Ｌ２ｒを出射する点は、上記各実施形態と同様である。また、照明光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭからの回折光Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄは、図１９に示されるように（図１９では照明光Ｌ１、Ｌ２は不図示）、照明光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭからの０次反射光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒとは異なる光路（回折光Ｌ１ｄの光路は、照明光Ｌ１の光路と一部重複、回折光Ｌ２ｄは、照明光Ｌ２の光路と一部重複）を進行して干渉計４４に入射する。干渉計４４が一対の回折光Ｌ１ｄ、及び一対の回折光Ｌ２ｄを出射する点は、上記各実施形態と同様である。照明光Ｌ１が格子マークＧＭ上に照射されている間は、一方の０次反射光Ｌ１ｒと一方の回折光Ｌ１ｄとの干渉、及び他方の０次反射光Ｌ１ｒと他方の回折光Ｌ１ｄとの干渉に基づいて格子マークＧＭの計測が行われ、照明光Ｌ２が格子マークＧＭ上に照射されている間は、一方の０次反射光Ｌ２ｒと一方の回折光Ｌ２ｄとの干渉、及び他方の０次反射光Ｌ２ｒと他方の回折光Ｌ２ｄとの干渉に基づいて格子マークＧＭの計測が行われる。本第５の実施形態では、格子マークＧＭに対する１回のスキャン動作で該格子マークＧＭの位置計測を行うこととスキャトロ計測値を求めることとが可能であり、効率がよい。なお、偏向部材４４２は、対物レンズ４２の瞳面と共役な位置から外れていても良い。また、偏向部材４４２に代えて、或いは加えてウォラストンプリズム等の偏光方向によって射出角が異なる素子をウエハと共役な位置又はその近傍に配置しても良い。この素子は、例えばレンズ４４４ａとレンズ４４４ｂとの間に配置しても良い。

《第６の実施形態》
次に、第６の実施形態について、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）を用いて説明する。図２０（ａ）に示されるように、第６の実施形態に係るアライメントセンサ５３２は、不図示の光源から供給される照明光Ｌのうち、ハーフミラー（又はビームスプリッタ）５４０を通過した照明光Ｌ１と、ハーフミラー５４０で反射された照明光Ｌ２とが、それぞれレンズ５４２を介して対応するミラー５４４ａ、５４４ｂで反射され、対物レンズ４２を介して格子マークＧＭに所定の角度で斜入射する。すなわち、アライメントセンサ５３２を含むアライメント系では、不図示の光源、ハーフミラー５４０、レンズ５４２、及びミラー５４４ａ、５４４ｂによって、格子マークＧＭに照明光Ｌ１、Ｌ２を照射する照明系が構成されている。また、図２０（ａ）から分かるように、ミラー５４４ａ、５４４ｂは、上記照明系の光軸から離れた位置に配置されている。また、照明光Ｌ１、Ｌ２の格子マークＧＭへの入射角度は、同じ（ただし、方向が互いに反対）である。

照明光Ｌ１、Ｌ２に基づくそれぞれの格子マークＧＭからの回折光Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄは、それぞれ照明光Ｌ１、Ｌ２とは異なる光路を通り、対物レンズ４２を介して干渉計４４に入射する。検出器４６それぞれは、回折光Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄ同士の干渉に基づいて格子マークＧＭの位置計測（及びスキャトロ計測）を行う。これに対し、照明光Ｌ１、Ｌ２に基づくそれぞれの格子マークＧＭからの０次反射光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒ（図２０（ｂ）参照）は、照明光Ｌ１、Ｌ２と一部が重複する光路を通って対物レンズ４２に入射するとともに、ミラー５４４ｂ、５４４ａによって干渉計４４への入射が阻害される。すなわち、ミラー５４４ａ、５４４ｂは、０次反射光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒを遮光する遮光部材として機能する。本第４の変形例は、回折光同士の干渉に基づいて格子マークＧＭの位置計測を行うので、上記第２の実施形態と異なり、格子マークＧＭの格子ピッチを任意に設定することが可能である。

なお、上記第１〜第６の各実施形態の構成は、一例であって、適宜変更が可能である。すなわち、アライメントセンサの数及び配置は、上記各実施形態に限定されず、セカンダリアライメントセンサ３２ｓの数は、上記実施形態では６つであったが、６つ未満であっても良いし、７つ以上であっても良い。また、上記実施形態において、隣接する一対のセカンダリアライメントセンサ３２ｓ間の間隔も、任意に設定可能である。また、検出対象のサンプルショット領域Ｓの数、及び配置も、上記実施形態で説明したものに限定されず、任意に設定可能であり、可能であれば、ウエハＷ上に形成された全てのショット領域をサンプルショット領域Ｓに設定しても良い。また、１つのサンプルショット領域内に形成された複数の格子マークＧＭを検出しても良い。

また、上記実施形態において、ステージ装置２０は、ウエハステージ２４と計測ステージ２６とを有していたが、ステージ装置２０の構成は、これに限定されず、適宜変更が可能である。すなわち、図２１に示されるステージ装置１２０のように、ウエハＷを保持可能なウエハステージ１２４を、２つ有していても良い。ステージ装置１２０では、一方のウエハステージ１２４に保持されたウエハＷに対するアライメント計測動作、及び走査露光動作と並行して、他方のウエハステージ１２４に対してウエハのロード及びアンロード動作を行うことができる。この場合、一対のウエハステージ１２４の少なくとも一方が、基準マークが複数形成されたＦＤバー２８を有しており（図２１では、一対のウエハステージ１２４それぞれがＦＤバー２８を有している）、該ＦＤバー２８を用いて上記アライメント系３０のベースライン計測（キャリブレーション動作）を行う。

また、露光装置１０は、アライメント系３０を備えていなくてもよい。この場合、アライメント系３０を備える計測装置を露光装置１０とは別個に用意されていても良い。計測装置がアライメント動作を行った基板は、搬送装置を用いて露光装置ＥＸに搬送されてもよい。露光装置ＥＸは、計測装置が取得したマーク検出情報を用いて、複数のショット領域の位置座標の補正量を算出し、その後、基板を露光してもよい。或いは、アライメント系３０を備える計測装置が存在する場合であっても、露光装置１０は、アライメント系３０を備えていてもよい。この場合、露光装置１０は、計測装置が行ったアライメント動作の結果を用いて、更にアライメント動作を行ってもよい。尚、このような露光装置と当該露光装置とは別個のアライメント系とを備えた露光システムは、米国特許第４，８６１，１６２号に開示されている。

また、上記第１〜第６の各実施形態においては、複数の検出器４６を設けたが、互いに独立して光を検出する複数の検出面を備えた１つの検出器を用いても良い。

また、上記第２〜第６の各実施形態において、干渉計４４における０次反射光Ｌｒと１次回折光Ｌｄとの光強度の混合比率を１：１としたが、第１の実施形態と同様に１：１とは異なる所定の混合比率としても良い。

また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、エルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、照明光ＩＬの波長は、１００ｎｍ以上の光に限られず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良く、軟Ｘ線領域（５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置にも上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。

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

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

また、上記実施形態では、投影光学系と露光対象物体（ウエハ）との間に液体（純水）を満たした状態で露光動作を行う、いわゆる液浸露光装置について説明したが、これに限られない。

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

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

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

また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、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や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態に係る露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

以上説明したように、本発明の計測装置は、物体に設けられたマークの２次元平面内の位置計測を行うのに適している。また、本発明の露光装置及びパターン形成方法は、物体上に所定のパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、μデバイスの製造に適している。

１０…露光装置、２０…ステージ装置、３０…アライメント系、３２ｐ…プライマリアライメントセンサ、３２ｓ…セカンダリアライメントセンサ、ＧＭ…格子マーク、Ｗ…ウエハ。

Claims (16)

1. 物体に設けられたマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、
   前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、
   前記対物光学部材に対して前記２次元平面内で前記マークが相対移動する際に該マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、
   前記照明光によって前記マークから発生する回折光を互いに異なる混合比率で干渉させる干渉計と、
   前記干渉計の出力に基づいて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備える計測装置。
2. 前記回折光は、前記照明光によって前記マークから発生する０次反射光と、前記照明光によって前記マークから発生する回折光と、を含み、
   前記干渉計は、前記０次反射光と前記回折光とを干渉させる請求項１に記載の計測装置。
3. 物体に設けられたマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、
   前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、
   前記対物光学部材に対して前記２次元平面内で前記マークが相対移動する際に該マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、
   前記照明光によって前記マークから発生する０次反射光と、前記照明光によって前記マークから発生する回折光と、を相互に干渉させる干渉計と、
   前記干渉計の出力に基づいて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備える計測装置。
4. 前記照明系は、前記マーク上に第１及び第２の照明光を時間差をつけて照射し、
   前記制御系は、前記第１の照明光の０次反射光と該第１の照明光の回折光との干渉、及び前記第２の照明光の０次反射光と該第２の照明光の回折光との干渉とに基づいて、前記マークの形状の非対称性を推定する請求項２又は３に記載の計測装置。
5. 前記照明系は、前記第１の照明光を第１の傾きで前記マークに照射し、前記第２の照明光を前記第１の傾きとは異なる第２の傾きで前記マークに照射する請求項４に記載の計測装置。
6. 前記照明系は、前記対物光学部材の互いに異なる位置から前記マーク上の照射点に対して第１及び第２の照明光を照射する請求項１又は２に記載の計測装置。
7. 前記制御系は、前記対物光学部材の互いに異なる位置を通過する、前記第１及び第２の照明光によって前記マークから発生する回折光を含む放射光を用いて前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める請求項６に記載の計測装置。
8. 前記照明系は、前記マーク上の互いに異なる位置に第１及び第２の照明光を照射する請求項１又は２に記載の計測装置。
9. 前記マークの相対移動方向に平行な方向に関して、前記第１及び前記第２の照明光の前記物体上における照射点の間隔は、前記マークの寸法よりも大きく設定される請求項８に記載の計測装置。
10. 物体に設けられた回折格子を含むマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、
    前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、
    前記２次元平面の法線に対して斜め方向から前記マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、
    前記照明光によって前記マークから発生する回折光を相互に干渉させる干渉計と、
    前記マークからの０次反射光の前記干渉計への入射を遮光する遮光部材と、
    前記干渉計の出力を用いて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備える計測装置。
11. 前記照明系は、前記照明系の光軸から離れた位置に設けられた反射面を有し、且つ前記照明光の光路を前記マークに向けて曲げるミラーを備え、
    前記遮光部材は、前記反射面である請求項１０に記載の計測装置。
12. 物体に設けられた回折格子を含むマークの２次元平面内の位置計測を行う計測装置であって、
    前記マークに対向可能な対物光学部材を含む光学系と、
    前記対物光学部材に対して前記２次元平面内で前記マークが相対移動する際に該マークに前記対物光学部材を介して照明光を照射する照明系と、
    前記照明光によって前記マークから発生する回折光を相互に干渉させる干渉計と、
    前記干渉計の出力変動に基づいて、前記マークの位置計測を行うとともに、前記マークの形状の対称性に関する計測値を求める制御系と、を備え、
    前記干渉計は、前記照明光によって前記マークから発生する０次反射光と回折光とを干渉させる計測装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の計測装置と、
    前記計測装置の出力に基づいて前記物体の前記２次元平面内の位置制御を行う位置制御系と、
    前記位置制御系によって位置決めされた前記物体に対してエネルギビームの露光によって所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置。
14. 請求項１３に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記物体に露光すること、
    前記所定のパターンが転写された前記物体を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと、
    前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
15. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の計測装置を用いて、前記物体の前記２次元平面内の位置制御を行うことと、
    前記位置制御を行うことによって位置決めされた前記物体に対してエネルギビームの露光によって所定のパターンを形成することと、を含むパターン形成方法。
16. 請求項１５に記載のパターン形成方法を用いて、前記所定のパターンを前記物体に露光することと、
    前記所定のパターンが転写された前記物体を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと、
    前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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