JPWO2008072502A1 - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

液浸法で露光を行う際にも適用可能であるとともに、高い重ね合わせ精度が得られる露光方法である。投影光学系を介して基板（Ｐ）上の投影領域（１７Ｐ）にレチクルパターンの像を投影した状態で、基板（Ｐ）と投影領域（１７Ｐ）とを相対走査して基板（Ｐ）上のショット領域（ＳＡ１）を露光するときに、ショット領域（ＳＡ１）に隣接するショット領域（ＳＡ２〜ＳＡ５）内にその投影光学系を介さずに計測光を照射して位置情報を計測し、この計測結果から得られるショット領域（ＳＡ１）の位置情報に基づいて、投影領域（１７Ｐ）とショット領域（ＳＡ１）との相対位置関係を制御する。

Description

本発明は、光学系を介して物体を露光する露光技術及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関し、例えば半導体集積回路、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスク等のパターンを基板上に転写するために適用できるものである。

例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィ工程中で、レチクル（又はフォトマスク等）に形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、ステッパ等の一括露光型の投影露光装置及びスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。これらの露光装置において、ウエハ上の第２レイヤ以降にレチクルのパターンを重ねて露光する際には、ウエハ上の各ショット領域にそれまでの工程で形成されている回路パターンと、これから露光するレチクルパターンの像との重ね合わせ精度を高く維持する必要がある。

そのため、従来より露光装置においては、レチクル及びウエハを駆動するステージの位置を高精度に計測するレーザ干渉計と、レチクル側のアライメントマーク（レチクルマーク）の位置を計測する例えばレチクルアライメント顕微鏡と、ウエハ側のアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を計測するアライメントセンサとを備えていた。そして、例えば特公平４−４７９６８号公報に開示されているエンハンスド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式でアライメントを行う場合には、ウエハ上の所定のショット領域に付設されたウエハマークの位置の計測結果を統計処理することによって、レチクルパターンの投影位置に対するウエハ上の各ショット領域の配列座標を求めていた。その後、その配列座標及びレーザ干渉計の計測値に基づいてステージを駆動して露光を行うことで、ウエハ上の各ショット領域（それまでの工程で形成されている回路パターン）にレチクルパターンの像が重ね合わせて露光されていた。

また、特に走査露光型の露光装置において重ね合わせ精度をより高めるために、予めウエハ上の各ショット領域に走査方向にほぼ連続的に又は所定間隔でウエハマークを形成し、これから露光するレチクルにも走査方向に対応するレチクルマークを形成しておく露光方法も提案されている。この露光方法では、走査露光中に継続して、所定のセンサでそのウエハマークと対応するレチクルマークとの位置ずれ量を計測し、計測される位置ずれ量を補正するように例えば一方のステージの位置を調整することで、ウエハ上の各ショット領域に実際にレチクルパターンの像を重ね合わせていた（例えば、特許文献１参照）。
特許第３０８４７７３号公報

従来の露光装置においては、ステージ位置を高精度に計測するためにレーザ干渉計を使用していたが、レーザ干渉計はステージの移動等に起因してレーザビームの光路上の気体の揺らぎが生じると、計測値が僅かに変動することがある。このような計測値の変動量は、現在必要とされている重ね合わせ精度に対してはほぼ許容範囲内であるが、今後、半導体集積回路等の一層の微細化に対応して重ね合わせ精度をより向上させるためには、レーザ干渉計の計測値の変動の影響を軽減する必要がある。

また、従来の露光中に継続してレチクルマークとウエハマークとの位置ずれ量を実際に計測する走査露光型の露光方法によれば、レーザ干渉計の計測値の変動に実質的に影響されることなく、重ね合わせ精度を高くできる。しかしながら、この露光方法は、投影光学系の解像度を高くして、かつ焦点深度を深くするために最近注目されている液浸法で露光を行う場合には、適用が困難であるか、又は両マークの位置ずれ量の計測精度が低下する恐れがある。

本発明はこのような問題点に鑑み、液浸法で露光を行う際にも適用可能であるとともに、高い重ね合わせ精度が得られる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による露光方法は、光学系（ＰＬ）を介して物体（Ｐ）上の所定領域（ＳＡ１）に露光光を照射し、その所定領域を露光する露光方法であって、その所定領域にその露光光を照射するときに、その物体上のその所定領域又はその所定領域との位置関係が既知のその物体上の領域よりなる被計測領域（ＳＡ２〜ＳＡ５）内にその光学系を介さずに計測光を照射して、その所定領域の位置情報を計測し、その位置情報の計測結果に基づいて、その露光光とその所定領域との相対位置関係を制御するものである。

また、本発明による露光装置は、光学系（ＰＬ）を介して物体（Ｐ）上の所定領域（ＳＡ１）に露光光を照射し、その所定領域を露光する露光装置であって、その所定領域にその露光光を照射するときに、その物体上のその所定領域又はその所定領域との位置関係が既知のその物体上の領域よりなる被計測領域（ＳＡ２〜ＳＡ５）内にその光学系を介さずに計測光を照射して、その所定領域の位置情報を計測する計測装置（４０Ａ〜４０Ｄ）と、その計測装置の計測結果に基づいて、その露光光とその所定領域との相対位置関係を制御する制御装置（３４，４３，４５）とを備えたものである。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光装置を用いるものである。
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。

本発明の露光方法によれば、その物体上の被計測領域の位置情報の実際の計測結果を用いて、その露光光とその物体上の所定領域との相対位置関係を制御することによって、その所定領域上にパターン（像）等を高い重ね合わせ精度で露光できる。また、その光学系を介さずに、その被計測領域の位置情報を計測しているため、その光学系とその物体との間に液体を介在させて液浸法で露光を行う場合にも本発明が適用できる。

本発明の露光装置によれば、その物体の露光時に、その計測装置によって得られるその被計測領域の位置情報に基づいて、その制御装置によってその露光光とその所定領域との相対位置関係を制御することによって、本発明の露光方法を使用できる。これによって、液浸法も適用できるとともに、高い重ね合わせ精度が得られる。
本発明のデバイス製造方法によれば、基板等の第２レイヤ以降に露光する際に高い重ね合わせ精度が得られるため、微細パターンを有するデバイスを高精度に製造できる。

本発明の実施形態の一例で使用される投影露光装置を示す斜視図である。 （Ａ）は図１中の基板Ｐの第１レイヤの露光に使用されるレチクルＲを示す平面図、（Ｂ）はレチクルＲのスケール用パターン５６の一部を示す拡大図である。 （Ａ）はレチクルＲに形成されるスケール用パターンの別の例を示す平面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のスケール用パターン５９Ｙの一部を示す拡大図である。 （Ａ）は図１中の基板Ｐのショット配列の一例を示す平面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のショット領域ＳＡを示す拡大平面図、（Ｃ）は図４（Ｂ）中のスケール用パターン５６Ｐの一部を示す拡大平面図である。 （Ａ）は図１の露光装置が備える検出器４０Ａの構成例を示す斜視図、（Ｂ）はスケール用パターンとしてのＬ＆Ｓパターン５８ＹＰを示す拡大図、（Ｃ）はＬ＆Ｓパターン５８ＹＰに対応して検出される検出信号Ｓ１Ｙを示す図である。 （Ａ）はスケール用パターンの他の例を示す拡大図、（Ｂ）は図７（Ａ）のパターンに対応して検出される検出信号Ｓ１Ｙを示す図、（Ｃ）及び（Ｄ）は検出信号Ｓ１Ｙから分離して得られる信号を示す図である。 図１の露光装置が備える検出器４０Ａの別の構成例を示す斜視図である。 （Ａ）はスケール用パターンとして原点パターンを含む例を示す拡大図、（Ｂ）はスケール用パターンとして絶対位置検出用のパターンを含む例を示す拡大図である。 図１の基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１に露光する状態を示す平面図である。 図９の基板Ｐ上のショット領域に形成されるスケール用パターンの一例を示す拡大図である。 本発明の実施形態の他の例の要部を示す斜視図である。 本発明の実施形態の他の例における基板側のスケール用パターンの複数の検出器４０Ａ等の配列を示す図である。

符号の説明

Ｒ，Ｒ１…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｐ…基板、１７Ｐ…投影領域、２１…レチクルステージ、２５Ａ，２５Ｂ…検出器、３４…基板ステージ、４０Ａ〜４０Ｈ…検出器、４１…主制御系、４３…ステージ駆動系、４５…座標計測・補間系、５６…レチクル側のスケール用パターン、５６Ｐ…基板側のスケール用パターン

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図１０を参照して説明する。本例は、スキャニング・ステッパよりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例の露光装置ＥＸの概略構成を示し、この図１において、露光装置ＥＸは、露光光源１を含み、転写用のパターンが形成されたレチクルＲ（マスク）を露光光ＩＬ（露光ビーム）で照明する照明光学系１６と、レチクルＲを駆動するレチクルステージ２１と、レチクルＲのパターンの像を基板Ｐ上に投影する投影光学系ＰＬと、基板Ｐを駆動する基板ステージ３４と、それらのステージの駆動系と、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系４１と、その他の種々の制御及び演算等を行う処理系等とを備えている。露光光源１としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）、Ｆ₂ レーザ光源（波長１５７ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用できる。

露光時に露光光源１からパルス発光された露光光ＩＬは、ミラー２、不図示のビーム整形光学系、第１レンズ３Ａ、ミラー４、及び第２レンズ３Ｂを経て断面形状が所定形状に整形されて、オプティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ５に入射して、照度分布が均一化される。フライアイレンズ５の射出面（照明光学系１６の瞳面）には、露光光の光量分布を円形、複数の偏心領域、輪帯状、小さい円形などに設定して照明条件を決定するための開口絞り（σ絞り）７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ等を有する照明系開口絞り部材６が、駆動モータ８によって回転自在に配置されている。主制御系４１が駆動モータ８を介して照明系開口絞り部材６を回転することで、照明条件が設定される。

照明系開口絞り部材１１中の開口絞りを通過した露光光ＩＬは、反射率の小さいビームスプリッタ９及びリレーレンズ１２Ａを経て、固定ブラインド（固定視野絞り）１３Ａ及び可動ブラインド（可動視野絞り）１３Ｂを順次通過する。可動ブラインド１３Ｂは、レチクルＲのパターン面（レチクル面）とほぼ共役な面に配置され、固定ブラインド１３Ａは、そのレチクル面と共役な面から僅かにデフォーカスされた面に配置されている。

固定ブラインド１３Ａは、レチクル面の照明領域１７ＲをレチクルＲの走査方向に直交する非走査方向に細長いスリット状の領域に規定するために使用される。可動ブラインド１３Ｂは、基板Ｐ上の露光対象のショット領域への走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光が行われないように、照明領域１７Ｒを走査方向に閉じるために使用される。可動ブラインド１３Ｂは、更に照明領域１７Ｒの非走査方向の中心及び幅を規定するためにも使用される。ブラインド１３Ａ，１３Ｂを通過した露光光ＩＬは、サブコンデンサレンズ１２Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１４、及びメインコンデンサレンズ１５を経て、レチクルＲのパターン領域の照明領域１７Ｒを均一な照度分布で照明する。

一方、ビームスプリッタ９で反射された露光光は、集光レンズ１０を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ１１に受光される。インテグレータセンサ１１の検出情報は露光量制御系４２に供給され、露光量制御系４２は、その検出情報と予め計測されているビームスプリッタ９から基板Ｐまでの光学系の透過率の情報とを用いて基板Ｐ上での露光光ＩＬのエネルギーを間接的に算出する。露光量制御系４２は、その算出結果の積算値及び主制御系４１からの制御情報に基づいて、基板Ｐの表面（露光面）上で適正露光量が得られるように露光光源１の発光動作を制御する。露光光源１からメインコンデンサレンズ１５までの部材を含んで照明光学系１６が構成されている。

露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域１７Ｒ内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、基板Ｐ上の一つのショット領域ＳＡ上の非走査方向に細長い投影領域１７Ｐに投影される。基板Ｐは、本例ではシリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の円板状の半導体の基材（ウエハ）上にフォトレジスト（感光材料）を塗布したものである。投影光学系ＰＬは例えば屈折系であるが、反射屈折系等も使用できる。以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲ及び基板Ｐの走査方向に直交する非走査方向に沿ってＸ軸を取り、その走査方向に沿ってＹ軸を取って説明する。

先ず、レチクルＲはレチクルステージ２１上に吸着保持され、レチクルステージ２１はレチクルベース２２上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、例えば同期誤差（又はレチクルＲのパターン像と基板Ｐ上の露光中のショット領域との位置ずれ量）を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸周りの回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージ２１のＸ方向及びＹ方向の側面の反射面（又は移動鏡、コーナリフレクタ等）に対向するように配置されたレーザ干渉計２３Ｘ及び２３Ｙによって、例えば投影光学系ＰＬを基準としてレチクルステージ２１の位置が計測され、計測値はステージ駆動系４３及び主制御系４１に供給されている。

本例では、さらにレチクルＲのパターン領域中にＹ方向に沿って、レチクルＲのＸ方向、Ｙ方向の位置情報を計測するためのスケール用パターン５６が形成されている。また、レチクルＲの上方の照明領域１７ＲをＹ方向（走査方向）に挟む位置に、光路折り曲げ用のミラーを介して、スケール用パターン５６の位置情報を検出するための１対の検出器２５Ａ及び２５Ｂが配置され、検出器２５Ａ，２５Ｂの検出結果が演算装置を含む座標計測・補間系４５に供給されている。座標計測・補間系４５には磁気ディスク装置等の記憶装置４６が接続され、後述のようにレチクルＲの位置情報を求めてステージ駆動系４３に供給する。スケール用パターン５６及び検出器２５Ａ，２５ＢからレチクルＲの位置情報（移動量及び／又はパターン領域内の絶対位置（原点位置）の情報を含む）を直接計測するためのエンコーダが構成されている。このエンコーダ及び座標計測・補間系４５の詳細については後述する。

本例のレチクルステージ２１の駆動方法には、オペレータの指定に応じて主制御系４１が設定する第１及び第２の２つの駆動モードがある。その第１の駆動モードでは、ステージ駆動系４３は、レーザ干渉計２３Ｘ，２３Ｙの計測値及び主制御系４１からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してレチクルステージ２１の位置及び速度を制御する。一方、第２の駆動モードでは、ステージ駆動系４３は、検出器２５Ａ，２５Ｂの計測値に基づいて座標計測・補間系４５から出力されるレチクルＲの位置情報及び主制御系４１からの制御情報に基づいて、レチクルステージ２１の位置及び速度を制御する。仮に本例のレチクルステージ２１が第１の駆動モードのみで駆動される場合には、検出器２５Ａ，２５Ｂは省略することができる。また、本例の露光装置が第２の駆動モードのみで駆動される場合には、レーザ干渉計２３Ｘ，２４Ｙを省略するか、又はスケールの位置を光学式、静電容量式等のセンサで読み取る粗い分解能の計測器で代用することが可能である。

また、レチクルＲのパターン領域をＸ方向に挟むように、アライメントマーク５２Ａ及び５２Ｂが形成されている。レチクルＲの周辺部の上方には、光路折り曲げ用のミラーを介してアライメントマーク５２Ａ，５２Ｂの位置を検出するためのレチクルアライメント顕微鏡２４Ａ，２４Ｂが配置されている。レチクルアライメント顕微鏡２４Ａ，２４Ｂの検出信号はアライメント信号処理系４４に供給され、アライメント信号処理系では画像処理方式等で検出したマーク位置の情報を主制御系４１に供給する。

一方、基板Ｐは、基板ホルダ３１を介して基板ステージ３４上に吸着保持され、基板ステージ３４はベース部材３５上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動するＸＹステージ３３と、Ｚチルトステージ３２とを備えている。Ｚチルトステージ３２は、不図示のオートフォーカスセンサによる基板Ｐ上の複数箇所でのＺ方向の位置の計測値に基づいて、基板Ｐのフォーカシング及びレベリングを行う。なお、基板ホルダ３１は、図１では平板状に表されているが、実際には、基板ホルダ３１の基板Ｐの載置面は凹部となっており、基板Ｐの表面とその外側の基板ホルダ３１の表面とはＺ方向においてほぼ同じ高さに設定されている。また、基板ステージ３４のＸ方向及びＹ方向の側面の反射面（又は移動鏡等）に対向するように配置されたレーザ干渉計３８Ｘ及び３８Ｙによって、例えば投影光学系ＰＬを基準として基板ステージ３４のＸＹ平面内での位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角が計測され、計測値はステージ駆動系４３及び主制御系４１に供給されている。

本例では、さらに基板Ｐの第２レイヤ以降に露光する場合には、基板Ｐ上の各ショット領域にはそれまでの工程において、レチクルＲのスケール用パターン５６（又はそれまでの工程において使用されたレチクルのスケール用パターン）の像に相当するスケール用パターンが形成されている（詳細後述）。基板Ｐ側のスケール用パターンは、一例として凹凸のパターンであり、その上にフォトレジストが塗布されている。そして、投影光学系ＰＬの下端部の側面に、投影領域１７ＰをＹ方向（走査方向）及びＸ方向（非走査方向）に挟むように、そのスケール用パターンのＸ方向及びＹ方向の位置情報を計測するための１対の検出器４０Ａ，４０Ｂと、１対の検出器４０Ｃ，４０Ｄとが配置されている。また、投影光学系ＰＬの下端部の−Ｙ方向の側面方向にも、その基板Ｐ上のスケール用パターンのＸ方向及びＹ方向の位置情報を計測するための４つの検出器４０Ｅ，４０Ｆ，４０Ｇ，４０Ｈが配置され、検出器４０Ａ〜４０Ｈの検出結果も座標計測・補間系４５に供給されている。８個の検出器４０Ａ〜４０Ｈの構成及び配置については後述する。基板Ｐの各ショット領域に形成されたスケール用パターン及び検出器４０Ａ〜４０Ｈから、基板Ｐの位置情報（移動量及び／又は各ショット領域内での絶対位置（原点位置）の情報を含む）を直接計測するためのエンコーダが構成されている。

本例の基板ステージ３４の駆動方法にも、オペレータの指定に応じて主制御系４１が設定する第１及び第２の２つの駆動モードがある。その第１の駆動モード（例えば基板Ｐ上の第１レイヤに露光する場合に設定される）では、ステージ駆動系４３は、レーザ干渉計３８Ｘ，３８Ｙの計測値及び主制御系４１からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介して基板ステージ３４の位置及び速度を制御する。一方、第２の駆動モード（例えば基板Ｐ上の第２レイヤ以降に露光する場合に設定される）では、ステージ駆動系４３は、検出器４０Ａ〜４０Ｈの計測値に基づいて座標計測・補間系４５から出力される基板Ｐの位置情報及び主制御系４１からの制御情報に基づいて、基板ステージ３４の位置及び速度を制御する。

また、投影光学系ＰＬの＋Ｙ方向の側面には、基板Ｐ上のアライメントマーク（基板マーク）の位置を検出するためのオフ・アクシス方式で撮像方式のアライメントセンサ３９が配置されており、アライメントセンサ３９の検出信号はアライメント信号処理系４４に供給されている。アライメント信号処理系４４は、その検出信号に基づいて例えばＥＧＡ方式で基板Ｐ上の全部のショット領域の配列情報を求めて主制御系４１に供給する。この場合、予めレチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬを介した像の基準位置（アライメントマーク５２Ａ，５２Ｂの像の中心等）と、アライメントセンサ３９の検出位置との位置関係（ベースライン量等）の情報が計測されて、記憶されている。そのために、基板ステージ３４上の基板Ｐの近傍には、基準マーク３７Ａ，３７Ｂ等が形成された基準マーク部材３６が固定されている。

なお、本例では、基板Ｐの第２レイヤ以降の露光（重ね合わせ露光）では、検出器４０Ａ〜４０Ｈの検出結果（計測値）を用いることができるため、アライメントセンサ３９は必ずしも使用する必要はない。ただし、検出器４０Ａ〜４０Ｈの計測値の原点位置を設定するために、アライメントセンサ３９で検出される基板Ｐの各ショット領域の配列座標を用いることも可能である。

また、本例の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの先端のレンズと基板Ｐとの間の局所的な領域（液浸領域）に純水等の液体を供給し、露光光ＩＬで投影光学系ＰＬ及び液体を介して基板Ｐを露光する液浸方式であることが好ましい。このためには、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット及び国際公開第２００５／１２２２２１号パンフレット等に開示されているように、その液浸領域に液体を供給する液体供給装置と、その液浸領域の液体を回収する液体回収装置とを設ければよい。

露光時には、照明光学系１６から露光光ＩＬを照明領域１７Ｒに照射して、レチクルＲの照明領域１７Ｒ内のパターンを投影光学系ＰＬを介して基板Ｐ上の一つのショット領域ＳＡ上の投影領域１７Ｐに投影した状態で、レチクルステージ２１及び基板ステージ３４を駆動して、レチクルＲと基板ＰとをＹ方向に同期走査する動作と、露光光ＩＬの照射を停止して、基板ステージ３４を駆動して基板ＰをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式で基板Ｐ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。

次に、本例の図１の露光装置ＥＸにおける、レチクルＲのスケール用パターン５６及びその位置を検出するための検出器２５Ａ，２５Ｂの構成、並びに基板Ｐ上の各ショット領域に形成されたスケール用パターン及びその位置を検出するための検出器４０Ａ〜４０Ｈの構成等につき詳細に説明する。なお、レチクルＲは基板Ｐの第１レイヤに露光する場合に使用され、第２レイヤの露光では別のレチクルＲ１が使用されるものとする。

図２（Ａ）は、レチクルＲのパターン配置を示し、この図２（Ａ）において、レチクルＲのパターン領域５１は、枠状の遮光帯５３で囲まれて、走査方向ＳＤ（Ｙ方向）に細長い矩形領域である。パターン領域５１は、一例としてＸ方向に１本のスクライブライン領域５４Ａ、及びＹ方向に２本のスクライブライン領域５４Ｂ，５４Ｃによって、６個のサブパターン領域５５Ａ〜５５Ｆに分割され、サブパターン領域５５Ａ〜５５Ｆには例えば同一又は異なる回路パターンが形成されている。サブパターン領域５５Ａ〜５５Ｆ内にはそれぞれ必要に応じて、基板Ｐ上に露光された後に基板マークとなるアライメントマークも形成されている。スクライブライン領域５４Ａ〜５４Ｃは、基板Ｐ上に投影された状態で幅５０μｍ程度の切断用の境界線となる領域であり、遮光帯５３のうちでスクライブライン領域５４Ａとほぼ同じ幅の内側の領域も、基板Ｐ上に投影された状態で切断用の境界となる領域である。なお、遮光帯５３には、図１の可動ブラインド１３Ｂのエッジ部の像が投影されるため、その幅はスクライブライン領域５４Ａよりも或る程度広くなっている。

本例のレチクルＲは６個取りであるため、パターン領域５１は３本のスクライブライン領域５４Ａ〜５４Ｃで分割されているが、パターン領域５１の分割数やそのサブパターン領域の配列が変更される場合には、スクライブライン領域５４Ａ〜５４Ｃの本数及び配置も変更される。本例では、スクライブライン領域５４Ａ〜５４Ｃのうち、走査方向（Ｙ方向）に平行な中央のスクライブライン領域５４Ａ内の全域に、２次元のスケール用パターン５６が形成されている。

図２（Ｂ）に拡大して示すように、スケール用パターン５６は、光透過部を背景として、ほぼ正方形の遮光パターン５７をＸ方向に周期（ピッチ）ＰＸ１、Ｙ方向に周期ＰＹ１で配置したＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ格子状パターンである。遮光パターン５７のＸ方向、Ｙ方向の幅は、通常は周期ＰＸ１及びＰＹ１の１／２であるが、例えば原点位置を示す場合には、後述のように特定位置の遮光パターン５７の幅（デューティ比）が変化している（図６（Ａ）参照）。また、図２（Ｂ）において、スケール用パターン５６は、近似的に周期ＰＹ１のＹ方向のライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）と、周期ＰＸ１のＸ方向のＬ＆Ｓパターンとの重ね合わせとみなすことができる。スケール用パターン５６を基板Ｐ上に投影した状態で、一例として、周期ＰＹ１は０．１〜１μｍ程度、周期ＰＸ１は０．１〜２μｍ程度である。スクライブライン領域５４Ａの投影像のＸ方向の幅は５０μｍ程度であるため、スケール用パターン５６はＸ方向にも５０周期程度以上形成することができる。スケール用パターン５６の１箇所のＹ方向の位置、及びＹ方向に離れた２箇所のＸ方向の位置を計測することで、レチクルＲ（パターン領域５１）のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸周りの回転角を計測できる。

なお、図３（Ａ）に示すように、レチクルＲの一方のＹ方向に平行な遮光帯５３中にＹ方向に所定周期のＬ＆ＳパターンよりなるＹ軸のスケール用パターン５９Ｙを形成し、他方のＹ方向に平行な遮光帯５３中に２次元のスケール用パターン５６を形成してもよい。スケール用パターン５９Ｙは、図３（Ｂ）に示すように、Ｘ方向に長い多数の遮光パターン６０Ｙ（通常の幅はＰＹ１／２）をＹ方向に周期ＰＹ１で配列したパターンである。図３（Ａ）のスケール用パターン５９Ｙの１箇所のＹ方向の位置、及びスケール用パターン５６の１箇所のＸ方向、Ｙ方向の位置を計測することで、レチクルＲ（パターン領域５１）のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸周りの回転角を計測できる。図３（Ａ）のスケール用パターンの配列は、例えばパターン領域５１の全体に一つの回路パターンのみが形成される（スクライブライン領域５４Ａ〜５４Ｃが無い）場合にも、使用することができるという利点がある。

また、スケール用パターン５６は遮光パターン５７を２次元的に配置したパターンであるが、スケール用パターン５６の代わりに、Ｙ方向に周期ＰＹ１のＬ＆Ｓパターンと、Ｘ方向に周期ＰＸ１のＬ＆ＳパターンとをＸ方向に並列に配置したパターンを使用してもよい。
本例では、図１の基板Ｐの第１レイヤの各ショット領域ＳＡに図２（Ａ）のレチクルＲのパターンの像が露光される。その後、基板Ｐのフォトレジストの現像及びエッチング等のパターン形成を行った後、第２レイヤへの露光を行うためにフォトレジストが塗布された基板Ｐが基板ステージ３４上にロードされる。

図４（Ａ）は、レチクルＲのパターンの像の転写が行われて第２レイヤへの露光が行われる基板Ｐを示し、この図４（Ａ）において、基板Ｐの上面はＸ方向、Ｙ方向に所定幅で多数のショット領域ＳＡに区画され、各ショット領域ＳＡの中央部をＹ方向（走査方向）に横切るように、図２（Ａ）のレチクルＲのスケール用パターン５６の像に対応する基板Ｐ側のスケール用パターン５６Ｐが形成されている。

基板Ｐの各ショット領域ＳＡは、図４（Ｂ）に示すように、スクライブライン５４ＡＰ〜５４ＣＰ（図２（Ａ）のレチクルＲのスクライブライン領域５４Ａ〜５４Ｃの像に対応する）によって６個のサブショット領域５５ＡＰ〜５５ＦＰに分割され、サブショット領域５５ＡＰ〜５５ＦＰに同一又は異なる第１レイヤの回路パターンが形成されている。
図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）のショット領域ＳＡのＹ方向に平行なスクライブライン５４ＡＰの全域に亘って形成されているスケール用パターン５６Ｐを示す拡大図であり、図４（Ｃ）において、スケール用パターン５６Ｐは、基板Ｐの下地を背景としてほぼ正方形で例えば凸（又は凹）のパターン５７Ｐ（図５（Ａ）では凸パターンで表している）をＸ方向に周期（ピッチ）ＰＸ２、Ｙ方向に周期ＰＹ２で配置したＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ位相型の２次元格子状パターンである。周期ＰＸ２，ＰＹ２は、図２（Ｂ）の周期ＰＸ１，ＰＹ１に図１の投影光学系ＰＬの投影倍率βを乗じた値である。また、図４（Ｃ）のスケール用パターン５６Ｐは、近似的に周期ＰＹ２のＹ方向のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰ（凸又は凹の多数のライン状パターン７２ＹをＹ方向に配列したパターン）と、周期ＰＸ２のＸ方向のＬ＆Ｓパターン５８ＸＰ（凸又は凹の多数のライン状パターン７２ＸをＸ方向に配列したパターン）との重ね合わせとみなすことができる。

本例では、基板Ｐの各ショット領域ＳＡに形成されている図４（Ｃ）のスケール用パターン５６Ｐをエンコーダのスケール部とみなして、スケール用パターン５６Ｐの位置を検出することによって各ショット領域ＳＡの位置情報（移動量及び／又は所定の原点からの絶対位置）を計測する。言い換えると、図１のレーザ干渉計３８Ｘ，３８Ｙの代わりに、スケール用パターン５６Ｐを用いて各ショット領域ＳＡの位置情報を計測する。これによって、レーザ干渉計３８Ｘ，３８Ｙのレーザビームの光路上の気体に揺らぎが生じて、レーザ干渉計３８Ｘ，３８Ｙの計測値が変動するような場合でも、その揺らぎに影響されることなく、ショット領域ＳＡの位置情報を正確に計測できる。従って、重ね合わせ精度を高く維持できる。スケール用パターン５６ＰのＸ方向、Ｙ方向の位置は図１の基板Ｐ側の８個の検出器４０Ａ〜４０Ｈによって検出される。

図５（Ａ）は、検出器４０Ａの構成例を示す斜視図であり、図５（Ａ）において、スケール用パターン５６Ｐは分かり易くするために拡大されている。また、他の検出器４０Ｂ〜４０Ｈ及びレチクルＲ側の２つの検出器２５Ａ，２５Ｂの構成も検出器４０Ａと同様である。

図５（Ａ）の検出器４０Ａにおいて、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）又は可視域から近赤外域で発光する半導体レーザ（射出端にコリメータレンズが設置されている）等のレーザ光源６１から射出された基板Ｐ上のフォトレジストＰＲに対して非感光性の波長域のレーザビームが、ビームスプリッタ６２ＡによってレーザビームＬＢ１及び第２のレーザビームに分かれる。この第２のレーザビームは、ビームスプリッタ６２ＣによってレーザビームＬＢ２及び第４のレーザビームに分かれ、この第４のレーザビームは、ビームスプリッタ６２Ｄによって２つのレーザビームＬＢ３及びＬＢ４に分かれる。そして、２つのレーザビームＬＢ１及びＬＢ２は、基板Ｐ上のスケール用パターン５６Ｐに対してＹ方向にほぼ対称に傾斜して入射し、レーザビームＬＢ１のＹ方向の＋１次回折光とレーザビームＬＢ２のＹ方向の−１次回折光との干渉光ＬＢＹがスケール用パターン５６Ｐからほぼ垂直にフォトダイオード等の光電検出器６４Ｙに入射する。

図５（Ａ）のスケール用パターン５６Ｐを、図５（Ｂ）に示すようにＹ方向のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰ（ライン状パターン７２Ｙを周期ＰＹ２でＹ方向に配列したパターン）とみなした場合、光電検出器６４Ｙの検出信号Ｓ１Ｙは、図５（Ｃ）に示すように位置Ｙに関して周期ＰＹ２（又は周期ＰＹ２／２）の正弦波信号となる。
図５（Ａ）に戻り、光電検出器６４Ｙの検出信号Ｓ１Ｙは、増幅器６６を経てハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦという）回路６７Ａ及びローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）回路６７Ｂに入力される。ＨＰＦ回路６７Ａから出力される信号Ｓ３Ｙはカウンタ６９の第１入力部に供給される。また、図５（Ａ）の検出器４０Ａにおいて、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２からＹ方向に位相が９０°ずれた位置でスケール用パターン５６Ｐに照射される１対のレーザビーム（不図示）も使用され、この１対のレーザビームによる干渉光から不図示の光電検出器によって、検出信号Ｓ１Ｙに対して位相が９０°シフトした検出信号Ｓ２Ｙが生成され、この検出信号Ｓ２ＹがＨＰＦ回路６７Ｃを介してカウンタ６９の第２入力部に供給される。

また、ＬＰＦ回路６７Ｂから出力される信号Ｓ４Ｙが原点信号発生部６８に入力され、原点信号発生部６８では、例えば信号Ｓ４Ｙがピークとなるときにカウンタ６９に対してリセット信号を出力し、これによってカウンタ６９の原点設定が行われる。カウンタ６９では、供給される２相の検出信号Ｓ１Ｙ及びＳ２Ｙを１０００分割程度に内挿して、検出器４０Ａに対するスケール用パターン５６Ｐの±Ｙ方向の移動量を例えば０．１ｎｍ〜１ｎｍ程度の分解能で、そのリセット信号が出力される位置を原点としたＹ座標ＹＡとして求める。このＹ座標ＹＡは図１の座標計測・補間系４５に出力される。

この場合、その原点を設定するために、図６（Ａ）に示すように、Ｙ方向のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰ（スケール用パターン５６ＰのＹ成分）の走査方向の中央部には、次第に幅が広くなって再び通常の幅に戻る１組のライン状パターン７２ＹＡ，７２ＹＢ，７２ＹＣ，７２ＹＤが含まれている。このとき、対応する図２（Ｂ）のレチクルＲのスケール用パターン５６においても、Ｌ＆Ｓパターン５８Ｙ中に遮光パターン５７の幅が次第に広くなってから通常の幅に戻る部分（原点部）がある。

図６（Ａ）のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰに対応する図５（Ａ）の検出信号Ｓ１Ｙは、一例として図６（Ｂ）に示すように、周期が長い山形の信号が重畳されたようになる。この信号が図５（Ａ）のＨＰＦ回路６７Ａ及びＬＰＦ回路６７Ｂに入力されると、ＨＰＦ回路６７Ａから出力される信号Ｓ３Ｙは、図６（Ｃ）に示すように、図５（Ｃ）の検出信号Ｓ１Ｙと同様の正弦波信号となり、ＬＰＦ回路６７Ｂから出力される信号Ｓ４Ｙは、図６（Ｄ）に示すように、位置Ｙ₀ で頂点となる信号となる。そこで、図５（Ａ）の原点信号発生部６８では、信号Ｓ４Ｙが頂点となる位置Ｙ₀ でカウンタ６９をリセットする。これによって、カウンタ６９の原点設定が行われる。図５（Ａ）のＬＰＦ回路６７Ｂ、ＨＰＦ回路６７Ａ，６７Ｃ、原点信号発生部６８、及びカウンタ６９からＹ軸の検出回路７０Ｙが構成され、これと同じ構成のＸ軸の検出回路７０Ｘも設けられている。なお、検出信号Ｓ１Ｙをアナログ／デジタル変換して得られる信号を位置Ｙに関してフーリエ変換した後、信号Ｓ３Ｙと信号Ｓ４Ｙとを分離してもよい。

図５（Ａ）の検出器４０Ａにおいて、２つのレーザビームＬＢ３及びＬＢ４は、スケール用パターン５６Ｐに対してＸ方向にほぼ対称に傾斜して入射し、レーザビームＬＢ３のＸ方向の＋１次回折光とレーザビームＬＢ４のＸ方向の−１次回折光との干渉光ＬＢＸがスケール用パターン５６Ｐからほぼ垂直に光電検出器６４Ｘに入射する。図５（Ａ）のスケール用パターン５６Ｐを、図５（Ｂ）に示すようにＸ方向に周期ＰＸ２のＬ＆Ｓパターン５８ＸＰとみなした場合、光電検出器６４Ｘの検出信号Ｓ１Ｘは、図５（Ｃ）に示すように位置Ｘに関して周期ＰＸ２（又は周期ＰＸ２／２）の正弦波信号となる。検出信号Ｓ１Ｘ及び不図示の干渉光から得られる位相が９０°シフトした検出信号Ｓ２Ｘが検出回路７０Ｘに出力され、検出回路７０Ｘでは、検出器４０Ａに対するスケール用パターン５６Ｐの±Ｘ方向の移動量を例えば０．１ｎｍ〜２ｎｍ程度の分解能でＸ座標ＸＡとして求め、このＸ座標ＸＡも図１の座標計測・補間系４５に供給される。Ｘ座標ＸＡも、例えばパターン５７Ｐの幅がＸ方向で次第に太くなって再び通常の幅になる部分を原点とした信号である。

図５（Ａ）において、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４を基板Ｐ上に照射する光学系、Ｙ軸の検出回路７０Ｙ、及びＸ軸の検出回路７０Ｘを含んで検出器４０Ａが構成されている。また、本例では、図２（Ｂ）のレチクルＲ上のスケール用パターン５６の各遮光パターン５７は、図５（Ａ）のレーザ光源６１のレーザビームを反射する材料から形成されている。これによって、図１のレチクルＲ上のスケール用パターン５６用の検出器２５Ａ，２５Ｂとして、図５（Ａ）の検出器４０Ａと同じ構成の検出器を使用できる。

なお、図５（Ａ）のリニアエンコーダでは、スケール用パターン５６Ｐ中に原点パターン部を設けているため、スケール用パターン５６Ｐの他に原点スケール用のトラックを設ける必要がないとともに、検出器４０Ａの光学系の構成が簡単である。これに対して、原点信号を生成するために、図５（Ａ）に対応する部分に同一符号を付した図７の構成例で示すように、スケール用パターン５６Ｐとは別に原点スケールを設けても良い。
図７の構成例において、基板Ｐ上のスケール用パターン５６Ｐに隣接したトラック（Ｙ方向に沿ってスケール用パターンが形成されている領域）に、Ｙ方向の原点位置を示すための非周期的な凸パターンからなる原点パターン７４Ｙが形成されている。

また、図７の検出器４０Ａにおいて、ビームスプリッタ６２Ａと６２Ｃとの間にビームスプリッタ６２Ｂが配置されている。ビームスプリッタ６２Ａで分岐された第２のレーザビームは、ビームスプリッタ６２ＢによってレーザビームＬＢ５及びビームスプリッタ６２Ｃに向かうレーザビームに分かれる。ビームスプリッタ６２Ｂで分岐されたレーザビームＬＢ５は、ミラー６３Ｃで反射されて、基板Ｐ上の原点パターン７４Ｙのあるトラックにほぼ垂直に照射される。基板ＰからのフォトレジストＰＲを介した散乱光ＬＢＳは、集光レンズ６５を介して光電検出器６４Ｓに集光され、光電検出器６４Ｓの検出信号は原点信号発生部７１に入力され、原点信号発生部７１では、入力された信号が所定の閾値レベルＳｔｈを横切るときにハイレベルとなる原点信号ＹＡＳを生成する。この原点信号ＹＳＡは、カウンタ６９の計数値をリセット（又はプリセット）するために使用される。

なお、図７の構成例では、スケール用パターン５６Ｐからの検出信号Ｓ１Ｙから原点信号を生成する必要がないため、図５（Ａ）のＬＰＦ回路６７Ｂ及び原点信号発生部６８は設けられていない。また、図７のＨＰＦ回路６７Ａ及び６７Ｃを省略して、検出信号Ｓ１Ｙ及びＳ２Ｙを直接カウンタ６９に入力することも可能である。

図８（Ａ）は、基板Ｐのショット領域ＳＡ内において、Ｙ軸のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰ（スケール用パターン５６ＰのＹ成分）が形成されているトラック７３ＹＡに隣接するトラック７３ＹＢに原点パターン７４Ｙが形成されている状態を示す。この場合には、図２（Ｂ）のレチクルＲ上のスクライブライン領域５４Ａにおいても、Ｌ＆Ｓパターン５８Ｙに対してＸ方向に隣接するように、原点パターン７４Ｙに対応する部分が遮光パターンとなったスケール用パターンが形成されている。その原点パターン７４Ｙが図７の検出器４０ＡのレーザビームＬＢ５の照射領域を横切るときの基板ＰのＹ座標を原点とすることができる。

図７の構成例では、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ５を基板Ｐ上に照射する光学系、Ｙ軸の検出回路７０Ｙ、Ｘ軸の検出回路７０Ｘ、及び原点信号発生部７１を含んで検出器４０Ａが構成されている。
なお、図４（Ｂ）の基板Ｐ上のショット領域ＳＡのスケール用パターン５６ＰのＹ方向の全域において、Ｙ方向の絶対位置を粗い分解能（例えば０．１ｍｍ程度）で計測できる非周期的なスケール用パターンを設けてもよい。
図８（Ｂ）は、Ｙ軸のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰが形成されたトラック７３ＹＡに隣接するトラック７３ＹＢに、一連のバーコード７５Ａ，７５Ｂ，…状のスケール用パターンを設けたものである。この場合、例えば図７のレーザビームＬＢ５の照射によって光電検出器６４Ｓから得られる検出信号（散乱光）は、凹凸のパターンの立ち上がり部及び立ち下がり部でパルス状に変化するため、原点信号発生部７１から出力される原点信号ＹＡＳは、図８（Ｂ）のバーコード７５Ａ等の凹凸のパターンのエッジ部を表す信号となる。そこで、そのエッジ部のパターンが重複しないようにバーコード７５Ａ，７５Ｂ等のパターンを設定することで、Ｙ方向の絶対位置を大まかに計測できる。

その他の原点の決定方法としては、図１の基板ステージ３４を基板のローディングポジション又はプリアライメントポジションに移動して、不図示のアライメントセンサ（又はアライメントセンサ３９）を用いて基板Ｐ上の所定のアライメントマーク（基板マーク）の位置を計測することによって、基板Ｐの位置を、基板Ｐ上の各ショット領域に形成されたスケール用パターン５６Ｐ等の一周期以内の精度で計測することも考えられる。これは、基板Ｐのプリアライメントによる追い込み精度を、そのスケール用パターン５６Ｐ等の一周期以内にすることを意味する。プリアライメントにより、基板Ｐのショット領域の位置がスケール用パターン５６Ｐ等の一周期以内に追い込まれていれば、その一周期内での絶対位置は、前述の通りスケール用パターン５６Ｐ等を読み取ることにより把握できる。

なお、スケール用パターンの検出器２５Ａ，２５Ｂ、及び検出器４０Ａ〜４０Ｈとしては、図５（Ａ）のような干渉光又は散乱光を検出する方式以外に、例えば画像処理方式のセンサ等も使用できる。また、レチクルＲ上のスケール用パターンの配列として、図２（Ａ）又は図３（Ａ）等の異なる配列を用いるのに応じて、基板Ｐの各ショット領域に付設されるスケール用パターンの位置も変化する。そこで、スケール用パターンの検出器２５Ａ，２５Ｂ、及び検出器４０Ａ〜４０Ｈを、それぞれ例えば不図示のスライド機構に取り付けて、検出対象のスケール用パターンの位置に応じて、これらのスライド機構によって検出器２５Ａ，２５Ｂ、及び検出器４０Ａ〜４０Ｈの位置を調整してもよい。

次に、図１の基板Ｐ側のスケール用パターンの８個の検出器４０Ａ〜４０Ｈの配列の一例を説明するために、図４（Ａ）に示すように、投影光学系ＰＬの投影領域１７Ｐが或るショット領域ＳＡ６上に位置しているものとする。このとき、検出器４０Ａ及び４０Ｂは、その検出領域４０ＡＤ，４０ＢＤ（図５（Ａ）のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ５が照射される領域）によってそれぞれショット領域ＳＡ６に＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に隣接するショット領域ＳＡ７及びＳＡ２内のスケール用パターン５６Ｐの位置を計測できるように配置され、検出器４０Ｃ及び４０Ｄは、それぞれショット領域ＳＡ６に−Ｘ方向及び＋Ｘ方向に隣接するショット領域ＳＡ８及びＳＡ９内のスケール用パターン５６Ｐの位置を計測できるように配置される。また、検出器４０Ｈは、その検出領域４０ＨＤによってショット領域ＳＡ２に−Ｙ方向に隣接するショット領域ＳＡ１内のスケール用パターン５６Ｐの位置を計測できるように配置され、検出器４０Ｆ及び４０Ｇは、それぞれショット領域ＳＡ１に−Ｘ方向及び＋Ｘ方向に隣接するショット領域ＳＡ４及びＳＡ５内のスケール用パターン５６Ｐの位置を計測できるように配置され、検出器４０Ｅは、ショット領域ＳＡ１に−Ｙ方向に隣接するショット領域ＳＡ３内のスケール用パターン５６Ｐの位置を計測できるように配置される。

言い換えると、１対の検出器４０Ａ，４０Ｂは、投影領域１７Ｐが位置するショット領域ＳＡ６を走査方向に挟むショット領域ＳＡ７，ＳＡ２内のスケール用パターンの位置を計測できるように、１対の検出器４０Ｃ，４０Ｄは、そのショット領域ＳＡ６を非走査方向に挟むショット領域ＳＡ８，ＳＡ９内のスケール用パターンの位置を計測できるように配置されている。これら第１組の検出器４０Ａ〜４０Ｄは、投影領域１７Ｐで基板Ｐ上のショット領域ＳＡ６を露光しているときに、補間によって露光対象のショット領域ＳＡ６の位置情報を求めるために使用される。即ち、本例では、露光中には投影領域１７Ｐに液浸法による液体が供給される場合があることを考慮して、投影領域１７Ｐがあるショット領域ＳＡ６内ではスケール用パターンの位置計測を行っていない。なお、本例ではスケール用パターン５６Ｐは２次元パターンであるため、ショット領域ＳＡ６の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角）を計測するためには、２つの検出器（例えば検出器４０Ａ及び４０Ｂ）のみを用いてもよい。

この場合、より正確に露光対象のショット領域ＳＡ６の位置情報を求めるには、予め露光前に、ショット領域ＳＡ６とその周囲のショット領域との相対位置関係を計測しておけばよい。そのために、１対の検出器４０Ｂ，４０Ｅ（検出器４０Ｂは第１組と共用されている）は、検出器４０Ｈの検出領域４０ＨＤが位置するショット領域ＳＡ１を走査方向に挟むショット領域ＳＡ２，ＳＡ３内のスケール用パターンの位置を計測できるように、１対の検出器４０Ｆ，４０Ｇは、そのショット領域ＳＡ１を非走査方向に挟むショット領域ＳＡ４，ＳＡ５内のスケール用パターンの位置を計測できるように配置されている。これら第２組の５個の検出器４０Ｂ及び４０Ｅ〜４０Ｈは、予め露光前に露光対象のショット領域（ここではショット領域ＳＡ１）と、その周囲のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５との相対的位置関係を計測しておくために使用される。この場合に、第１組と第２組とで共用される検出器は、検出器４０Ａ〜４０Ｄのうちの何れでもよい。また、スケール用パターン５６Ｐは２次元パターンであるため、ショット領域ＳＡ１とその周囲のショット領域との相対位置関係を予め計測しておくためには、３つの検出器（例えば検出器４０Ｈ及び検出器４０Ｂ，４０Ｇ）のみを用いてもよい。この結果、使用する検出器の個数は全部で４個（例えば検出器４０Ｂ，４０Ｄ，４０Ｈ，４０Ｇ）に減少できる。

次に、図１の露光装置ＥＸにおいて、基板Ｐの第２レイヤの各ショット領域ＳＡにレチクルＲ１のパターンの像を重ね合わせて露光する場合の動作の一例につき説明する。以下の動作は、図１の主制御系４１によって制御される。
先ず、図４（Ａ）において、基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１が露光対象であるとして、図１の露光装置ＥＸでは露光光ＩＬを照射することなく、ステージ駆動系４３が基板ステージ３４を駆動して、第２組の５個の検出器４０Ｂ，４０Ｅ〜４０Ｈの検出領域に対してそれぞれ基板Ｐ上のショット領域ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ１，ＳＡ５内のスケール用パターン５６Ｐの全域を＋Ｙ方向に移動して、検出器４０Ｂ，４０Ｅ〜４０Ｈによって所定のサンプリングレートで対応するスケール用パターン５６ＰのＸ座標、Ｙ座標を読み取り、読み取った計測値を逐次図１の座標計測・補間系４５に供給する。その読み取られた座標は、ステージ駆動系４３にも供給される。

なお、この検出器４０Ｂ，４０Ｅ〜４０Ｈによって基板Ｐ上のスケール用パターン５６Ｐの座標を読み取る動作は、例えば図１のアライメントセンサ３９を用いて基板Ｐ上の所定の複数のショット領域のアライメントマークの位置を計測する際に、合わせて実行するようにしてもよい。また、図４（Ａ）の基板Ｐにおいて、例えば＋Ｙ方向側のＸ方向に一列に配列された複数のショット領域から露光を開始して、次第に−Ｙ方向側の列のショット領域の露光に移行していく場合には、或る列のショット領域の走査露光中に、検出器４０Ｂ，４０Ｅ〜４０Ｈの検出信号からその２列先のショット領域のスケール用パターン５６Ｐの座標を読み取るようにしてもよい。同様に、基板Ｐの−Ｙ方向側の列のショット領域の露光から次第に＋Ｙ方向の列のショット領域の露光に移行する場合に備えて、図４（Ａ）の検出器４０Ａの＋Ｙ方向側に４個の検出器（検出器４０Ｅ〜４０Ｈと対称な配置の検出器）を配列してもよい。

図４（Ａ）の場合、中央の検出器４０Ｈでは、ショット領域ＳＡ１内のスケール用パターン５６Ｐの一連のＸ座標、Ｙ座標（ＸＨｉ，ＹＨｉ）（ｉ＝１，２，…）を読み取り、それをＹ方向に挟む検出器４０Ｂ及び４０Ｅでは、ショット領域ＳＡ２及びＳＡ３内のスケール用パターン５６ＰのＸ座標（ＸＢｉ及びＸＥｉ）を読み取り、ショット領域ＳＡ１をＸ方向に挟む検出器４０Ｆ及び４０Ｇでは、ショット領域ＳＡ４及びＳＡ５内のスケール用パターン５６ＰのＹ座標（ＹＦｉ及びＹＧｉ）を読み取る。この場合、本例の全部のショット領域ＳＡ内のスケール用パターン５６Ｐの原点位置は、ショット内で相対的に同じ位置（図６（Ｄ）のＹ₀ 等）であるため、基板ステージ３４を駆動する際に、ステージ駆動系４３では、一例として、ショット領域ＳＡ４，ＳＡ５内のスケール用パターンのＹ座標（ＹＦｉ及びＹＧｉ）が同じ値になるように基板ステージ３４のＺ軸周りの回転角を制御する。

次に、座標計測・補間系４５では、供給された５つのスケール用パターンのＸ座標、Ｙ座標を処理して、ショット領域ＳＡ４，ＳＡ５のＹ座標の平均値（＝（ＹＦｉ＋ＹＧｉ）／２）（ここではＹＦｉに等しい）とショット領域ＳＡ１のＹ座標ＹＨｉとの一連の差分ΔＹｉ、及びショット領域ＳＡ２，ＳＡ３のＸ座標の平均値（＝（ＸＢｉ＋ＸＥｉ）／２）とショット領域ＳＡ１のＸ座標ＸＨｉとの一連の差分ΔＸｉを求め、これらの差分ΔＸｉ，ΔＹｉを記憶装置４６にショット領域ＳＡ１に対応させて記憶させる（先読み工程）。同様に、他のいくつかのショット領域（先読みされるショット領域）についても、計測された一連の差分（ΔＸｉ，ΔＹｉ）（ｉ＝１，２，…）を記憶装置４６に記憶させる。

次に、図１のレチクルステージ２１上にレチクルＲ１をロードして、図９に示すように、基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１に、レチクルＲ１のパターンの像を露光する際には、基板ステージ３４を駆動して投影光学系ＰＬを介して露光光ＩＬが照射される投影領域１７Ｐに対してショット領域ＳＡ１を＋Ｙ方向に移動するのに同期して、図１のレチクルステージ２１を駆動して対応する方向（例えば−Ｙ方向）にレチクルＲ１を移動する。この際に、図９に示すように、投影領域１７ＰをＹ方向に挟む検出器４０Ａ及び４０Ｂでは、ショット領域ＳＡ２及びＳＡ３内のスケール用パターンのＸ座標（ＸＡｉ及びＸＢｉ）（ｉ＝１，２，…）を読み取り、それをＸ方向に挟む検出器４０Ｃ及び４０Ｄでは、ショット領域ＳＡ４及びＳＡ５内のスケール用パターンのＹ座標（ＹＣｉ及びＹＤｉ）を読み取って、座標計測・補間系４５に供給する。この場合にも、ステージ駆動系４３は、一例として、ショット領域ＳＡ４，ＳＡ５内のスケール用パターンのＹ座標（ＹＣｉ及びＹＤｉ）が同じ値になるように基板ステージ３４のＺ軸周りの回転角を制御する。

次に、座標計測・補間系４５では、供給された４つのスケール用パターンの座標値を補間して、逐次、露光中のショット領域ＳＡ１内のスケール用パターンのＸ座標、Ｙ座標（ＸＰｉ，ＹＰｉ）を求める。具体的に、記憶装置４６に記憶されている一連の差分（ΔＸｉ，ΔＹｉ）と、ショット領域ＳＡ２，ＳＡ３内のスケール用パターンのＸ座標の平均値ＸＡＢｉ（＝（ＸＡｉ＋ＸＢｉ）／２）と、ショット領域ＳＡ４，ＳＡ５内のスケール用パターンのＹ座標の平均値ＹＣＤｉ（＝（ＹＣｉ＋ＹＤｉ）／２）とを用いて、座標計測・補間系４５は次のようにショット領域ＳＡ１の座標（ＸＰｉ，ＹＰｉ）（ｉ＝１，２，…）を計算し、計算結果を逐次ステージ駆動系４３に供給する。

ＸＰｉ＝ＸＡＢｉ＋ΔＸｉ …（１Ａ）
ＹＰｉ＝ＹＣＤｉ＋ΔＹｉ …（１Ｂ）
ステージ駆動系４３では、ショット領域ＳＡ１のＸ座標ＸＰｉがほぼ一定値となるように、かつＹ座標ＹＰｉが基板Ｐ上で適正露光量が得られるような一定速度で変化するように基板ステージ３４を駆動する。これと同期して、ステージ駆動系４３では、ショット領域ＳＡ１の座標（ＸＰｉ，ＹＰｉ）に対応するレチクルＲ１（レチクルステージ２１）の座標（ＸＲｉ，ＹＲｉ）を計算する。一例として、原点がショット領域ＳＡ１の中央に設定されている場合には、レチクルＲ１の座標（ＸＲｉ，ＹＲｉ）は、座標（ＸＰｉ，ＹＰｉ）に投影倍率の逆数（１／β）を乗じることで求めることができる。そして、ステージ駆動系４３では、レーザ干渉計２３Ｘ，２３Ｙの計測値に基づいて、レチクルＲ１の座標が（ＸＲｉ，ＹＲｉ）となるようにレチクルステージ２１を駆動する（実際の走査露光工程）。これによって、基板ステージ３４側のレーザ干渉計３８Ｘ，３８Ｙの計測値の変動（光路の気体の揺らぎに起因する）に影響されることなく、基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１上にレチクルＲ１のパターンの像を高精度に重ね合わせて露光できる。

また、その実際の走査露光工程において、上記の先読み工程を並行して実行してもよい。これは、例えば図９において、基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１にレチクルＲ１のパターンの像を露光している際に、基板Ｐ上でショット領域ＳＡ１から−Ｙ方向に１つのショット領域を隔てたショット領域ＳＡ１０において、検出器４０Ｂ，４０Ｅ〜４０Ｈを用いて、ショット領域ＳＡ１０とその周囲の４つのショット領域との相対的位置関係を計測しておくことを意味する。これによって、基板Ｐに対する露光工程のスループットを向上できる。

また、本例において、基板Ｐ上のショット領域ＳＡに形成されている第１レイヤの回路パターンがＹ方向に伸縮している場合には、図１０に示すように、ショット領域ＳＡ内のスケール用パターン５６ＰのＹ成分に相当するＹ軸のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰも、伸縮がない場合の点線で示す位置から実線で示すＬ＆Ｓパターン７７Ｙに変位する。この際に本例では、シフトしたＬ＆Ｓパターン７７Ｙに基づいて図１のレチクルＲ１のＹ方向の位置が制御されるため、シフトしたＬ＆Ｓパターン７７Ｙの伸縮に合わせてレチクルＲ１のパターンの像が伸縮して露光される。従って、極めて高い重ね合わせ精度が得られる。

なお、レチクルＲ１のパターン領域５１内にも、図２（Ａ）に示すようにスケール用パターン５６が形成されている場合には、上記の実際の走査露光工程において、図１の検出器２５Ａ，２５Ｂを用いてレチクルＲ１のスケール用パターン５６のＸ座標、Ｙ座標を計測し、この計測値に基づいてレチクルステージ２１を駆動してもよい。この場合には、レチクル側のレーザ干渉計２３Ｘ，２３Ｙの光路の気体の揺らぎに起因するレーザ干渉計２３Ｘ，２３Ｙの計測値の変動の影響を受けることがないため、重ね合わせ精度を向上できる。

また、図９において、基板Ｐの外縁部のショット領域ＳＡ１１に露光する場合には、そのままでは、上記の先読み工程において、図４（Ａ）に示すように、先読み対象のショット領域ＳＡ１１を囲む４箇所のショット領域に検出器４０Ｂ，４０Ｅ〜４０Ｈを配置することができない。このような場合には、図９に示すように、基板Ｐのショット領域ＳＡ１１に近接する基板ホルダ３１の上面に、図４（Ｂ）のスケール用パターン５６Ｐと同様のスケール用パターン７６Ａ及び７６Ｂを形成しておいてもよい。これによって、ショット領域ＳＡ１１についても、上記の先読み工程及びこの計測結果を用いる実際の走査露光工程を実行することができる。

また、走査露光時には、図１のレチクルステージ２１及び基板ステージ３４を目標とする速度まで加速するために、所定の助走距離が必要とされることがある。このような場合に、例えば図９の基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１を投影領域１７Ｐで走査露光する際には、投影領域１７Ｐがショット領域ＳＡ１に入って露光光ＩＬの照射が開始されるまでは、検出器４０Ａ〜４０Ｄは、ショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５に関してＹ方向に隣接するショット領域のスケール用パターンを検出し、この検出結果に基づいて基板ステージ３４及びレチクルステージ２１を駆動してもよい。このとき、一例として、予め助走区間にあるショット領域及びショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５間の、スケール用パターンの位置のオフセット（１周期内でのオフセット）を求めておき、助走区間ではそのオフセットを加算しておくことで、助走から露光に切り替わるときの位置ずれの影響を低減できる。

次に、上記の本発明の実施形態の作用効果等につき説明する。
（Ａ１）上記の図１の露光装置ＥＸによれば、投影光学系ＰＬを介して図９の基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１を露光するために、そのショット領域ＳＡ１に露光光ＩＬを照射するときに、そのショット領域ＳＡ１との位置関係が既知の基板Ｐ上のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５よりなる計測対象の領域内に検出器４０Ａ〜４０Ｄから投影光学系ＰＬを介さずにレーザビームを照射して、ショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５の位置情報を計測し、この計測結果からショット領域ＳＡ１の位置情報を計測し、この計測結果に基づいて、基板ステージ３４、座標計測・補間系４５、及びステージ駆動系４３によって、露光光ＩＬの投影領域１７Ｐとショット領域ＳＡ１との相対位置関係を制御している。

従って、レーザ干渉計３８Ｘ，３８Ｙの計測値のみに基づいて基板ステージ３４を駆動する場合に比べて、ショット領域ＳＡ１上にレチクルＲ１のパターン像を高い重ね合わせ精度で露光できる。また、投影光学系ＰＬを介さずに、その計測対象の領域にレーザビームを照射して位置情報を計測しているため、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に液体を介在させて液浸法で露光を行う場合にも、その露光方法が適用できる。

また、上記の実施形態では、ショット領域ＳＡ内のスケール用パターン５６Ｐの位置を計測しているが、それ以外にショット領域ＳＡ内に形成されている実際の回路パターン等を用いてショット領域ＳＡの位置を計測するようにしてもよい。
（Ａ２）露光光ＩＬと図５（Ａ）の検出器４０Ａから基板Ｐ上のスケール用パターン５６Ｐに照射されるレーザビームとの波長が異なるため、そのレーザビームとしては基板Ｐ上のフォトレジストＰＲを感光させない波長域の光を使用できる。

（Ａ３）また、上記の実施形態では、図９の基板Ｐ上のショット領域ＳＡ１を露光光ＩＬで露光する際に、基板ステージ３４及びステージ駆動系４３を含む相対移動を行う機構によって、ショット領域ＳＡ１の一部の領域を投影領域１７Ｐ（露光光ＩＬ）で露光した状態で、基板Ｐと投影領域１７Ｐとを走査方向（Ｙ方向）に相対移動するとともに、その基板Ｐ上の計測対象のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５に検出器４０Ａ〜４０Ｄからレーザビームを照射して、ショット領域ＳＡ１の位置情報を連続的に計測し、その計測結果に基づいて、投影領域１７Ｐとショット領域ＳＡ１との相対位置関係を制御している。従って、走査露光方式で露光を行う際に、重ね合わせ精度を向上できる。

（Ａ４）また、ショット領域ＳＡ１と投影領域１７Ｐとの相対移動量を表すために、その計測対象のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５に形成されているスケール用パターン５６Ｐを用い、これにレーザビームを照射して位置検出を行っている。従って、その相対移動量を高精度に計測できる。
（Ａ５）また、そのスケール用パターン５６Ｐが、図４（Ｃ）に示すように、凸又は凹のパターン５７Ｐ（第１パターン部）と、レーザビームに対する特性（ここでは高さ、即ち位相）がそのパターン５７Ｐとは異なる下地部（第２パターン部）とがＸ方向、Ｙ方向に交互に配置されたパターンを含む場合、そのスケール用パターン５６Ｐの位置を検出器４０Ａによって容易に検出できる。なお、その異なる特性は、例えばレーザビームに対する反射率等でもよい。

（Ａ６）また、スケール用パターン５６Ｐが、走査方向に周期的に形成されたＹ軸のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰを含む場合には、図５（Ａ）に示すように、そのＬ＆Ｓパターン５８ＹＰに検出器４０Ａからレーザビームを照射することにより、そのレーザビームとその計測対象のショット領域とがその走査方向に相対移動するのに応じて周期的に変化する検出信号Ｓ１Ｙを検出することができる。

（Ａ７）また、図６（Ａ）に示すように、Ｙ軸のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰの一部に第１パターン部（７２ＹＡ〜７２ＹＤ）と第２パターン部（下地）との走査方向の長さの比が他の部分とは異なる部分（基準部分）がある場合には、そのレーザビームとその計測対象のショット領域とが走査方向に相対移動するのに応じて、その検出信号Ｓ１Ｙからその基準部分を特定するための非周期的な信号Ｓ４Ｙを分離することで、その基準部分を容易に特定できる。これによって、その計測対象のショット領域内で、その基準部分に対するＬ＆Ｓパターン５８ＹＰのレーザビームが照射されている位置の絶対位置を計測できる。

（Ａ８）図５（Ａ）に示すように、スケール用パターン５６Ｐが、走査方向に交差する方向（図５（Ａ）では垂直な非走査方向）に周期的に形成されたＸ軸のＬ＆Ｓパターン５８ＸＰを含む場合には、そのＬ＆Ｓパターン５８ＸＰにレーザビームを照射することにより、そのレーザビームとその計測対象のショット領域とがほぼ走査方向に相対移動する際に、そのレーザビームとその計測対象のショット領域とのその非走査方向の相対変位に応じた周期的な検出信号Ｓ１Ｘを検出できる。これによって、その計測対象のショット領域（スケール用パターン５６Ｐ）の非走査方向の位置も正確に計測できる。

（Ａ９）また、スケール用パターンとして、図８に示すように、周期的なＹ軸のＬ＆Ｓパターン５８ＹＰとは別に、原点信号検出用の走査方向に非周期的な原点パターン７４Ｙを設けた場合には、その原点パターン７４Ｙにレーザビームを照射することによって、そのレーザビームとその計測対象のショット領域とがその走査方向で特定の位置関係（ここでは、原点パターン７４Ｙのエッジ部にレーザビームが照射されている状態）になった状態を検出できる。これによって、その計測対象のショット領域内での絶対位置を計測できる。

（Ａ１０）また、図９に示すように、計測対象のショット領域が、露光中のショット領域ＳＡ１に隣接するショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５を含む場合には、補間等によってその露光中のショット領域ＳＡ１の位置を高精度に計測できる。
（Ａ１１）また、その計測対象のショット領域が、その露光中のショット領域ＳＡ１に非走査方向に隣接するショット領域ＳＡ４，ＳＡ５を含む場合には、特に走査方向の位置を高精度に計測できる。

（Ａ１２）また、その計測対象のショット領域が、その露光中のショット領域ＳＡ１に走査方向に隣接するショット領域ＳＡ２，ＳＡ３を含む場合には、特に非走査方向の位置を高精度に計測できる。
（Ａ１３）また、図９に示すように、露光中には、その計測対象のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５が、その露光対象のショット領域ＳＡ１を含まない場合には、そのショット領域ＳＡ１に露光光ＩＬの照射を開始する前に、予め図４（Ａ）に示すように、その計測対象のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５、及びこれから露光対象となるショット領域ＳＡ１にレーザビームを照射して、その計測対象のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５とこれから露光対象となるショット領域ＳＡ１との位置関係情報を検出しておくことが好ましい。これによって、実際にそのショット領域ＳＡ１に露光する際に、周囲の計測対象のショット領域ＳＡ２〜ＳＡ５の位置情報からそのショット領域ＳＡ１の位置を高精度に補間できる。

（Ａ１４）また、図４（Ａ）の露光対象のショット領域ＳＡ１の位置情報の計測結果に基づいて、図９に示すようにショット領域ＳＡ１を露光するときに、投影光学系ＰＬの光軸に交差する方向（図９では垂直なＸ方向、Ｙ方向）での投影領域１７Ｐとショット領域ＳＡ１との相対位置関係を制御することで、重ね合わせ精度を向上できる。
（Ａ１５）また、図１の露光装置ＥＸにおいて、走査露光方式でレチクルＲ１のパターンを投影光学系ＰＬを介して基板Ｐ上のショット領域ＳＡに露光する場合に、図２（Ａ）のレチクルＲ１に形成されているスケール用パターン５６にレーザビームを照射して、そのレチクルＲ１の位置情報を計測し、そのレチクルＲ１及びショット領域ＳＡの位置情報の計測結果に基づいて、レチクルＲ１と基板Ｐとの相対位置関係を制御する場合には、レチクルステージ２１側のレーザ干渉計２３Ｘ，２３Ｙの計測値の変動の影響も抑制できる。

次に、本発明の実施形態の他の例につき図１１を参照して説明する。図１の実施形態では、図４（Ａ）に示すように、投影領域１７Ｐが位置するショット領域ＳＡ６内のスケール用パターン５６Ｐの位置を検出する検出器が設けられていないため、予めショット領域ＳＡ６とその周囲のショット領域との相対位置関係を計測しておくために、複数の検出器４０Ａ〜４０Ｈを備える必要があった。そこで、本例では、投影領域１７Ｐが位置する露光中のショット領域のスケール用パターンの位置を投影光学系ＰＬを介することなく直接計測することとする。

図１１は、本例の露光装置の投影光学系ＰＬによる投影領域１７Ｐの近傍を示す斜視図であり、この図１１において、基板Ｐ上のショット領域ＳＡ上の投影領域１７Ｐに投影光学系ＰＬを介して露光光ＩＬが照射され、基板Ｐが例えば＋Ｙ方向に移動して、ショット領域ＳＡ上にレチクルのパターン像が露光される。また、ショット領域ＳＡの中央部のＹ方向に沿ったスクライブライン上にスケール用パターン５６Ｐが形成され、投影光学系ＰＬの下端と基板Ｐとの間に斜めに計測用のレーザビームを入射させて、スケール用パターン５６ＰのＸ方向、Ｙ方向の位置を読み取るための検出器７８が配置されている。

図５（Ａ）に対応する部分に同一符号を付した図１１の検出器７８において、レーザ光源６１から射出されたレーザビームが、ビームスプリッタ６２ＡによってレーザビームＬＢ１及び第２のレーザビームに分かれ、この第２のレーザビームは、ビームスプリッタ６２ＣによってレーザビームＬＢ２及び第４のレーザビームに分かれる。そして、その第４のレーザビームは、ミラー６３Ａで反射された後、ビームスプリッタ６２Ｄによって２つのレーザビームＬＢ３及びＬＢ４に分かれ、レーザビームＬＢ４はミラー６３Ｂで反射される。そして、２つのレーザビームＬＢ１及びＬＢ２は、基板Ｐ上のスケール用パターン５６Ｐに対して、Ｙ軸に平行な軸の周りに大きく傾斜した状態で、かつＹ方向にほぼ対称に傾斜して入射し、レーザビームＬＢ１の＋１次回折光とレーザビームＬＢ２の−１次回折光との干渉光ＬＢＹが光電検出器６４Ｙに入射する。この光電検出器６４Ｙの検出信号を図５（Ａ）のＹ軸の検出回路７０Ｙと同様の検出回路に入力することによって、スケール用パターン５６ＰのＹ方向の位置を計測できる。

また、２つのレーザビームＬＢ３及びＬＢ４は、スケール用パターン５６Ｐに対してＸ軸に平行な軸の周りに時計周りに大きく傾斜した状態で、かつＸ方向にほぼ対称に傾斜して入射し、レーザビームＬＢ３の＋１次回折光とレーザビームＬＢ４の−１次回折光との干渉光ＬＢＸが光電検出器６４Ｘに入射する。この光電検出器６４Ｘの検出信号を図５（Ａ）のＸ軸の検出回路７０Ｘと同様の検出回路に入力することによって、スケール用パターン５６ＰのＸ方向の位置を計測できる。この他の構成は図１の実施形態と同様である。

本例によれば、露光中のショット領域ＳＡ内のスケール用パターン５６Ｐの位置を直接計測できるため、先読み工程を実施することなく、直接走査露光を行うことができ、露光工程のスループットを向上できる。
この図１１の実施形態によれば、露光中のショット領域ＳＡ自体を計測対象の領域として、ショット領域ＳＡに検出器７８から投影光学系ＰＬを介さずにレーザビームを照射して、ショット領域ＳＡの位置情報を計測し、この計測結果に基づいて、図１の基板ステージ３４、座標計測・補間系４５、及びステージ駆動系４３によって、露光光ＩＬの投影領域１７Ｐとショット領域ＳＡとの相対位置関係を制御できる。従って、重ね合わせ精度を向上できるとともに、液浸法で露光を行う場合にも適用できる。なお、液浸法で露光を行う場合にも、斜入射方式で光学式のオートフォーカスセンサは使用可能であるため、同様に検出器７８も使用可能である。

次に、本発明の実施形態のさらに他の例につき図１２を参照して説明する。上記の図４（Ａ）の実施形態では、投影領域１７Ｐが位置するショット領域ＳＡ６内のスケール用パターン５６Ｐの位置を先読みするために、投影領域１７Ｐに対して走査方向（Ｙ方向）に隣接する方向に検出器４０Ｅ〜４０Ｈが設けられている。これに対して、図１２の実施形態では、投影領域１７Ｐが位置するショット領域ＳＡ６に対して非走査方向の−Ｘ方向に隣接する方向に、ショット領域ＳＡ１０，ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３内のスケール用パターン５６Ｐを読み取るための検出器４０Ｈ，４０Ｇ，４０Ｅ，４０Ｆが設置されている。また、投影領域１７Ｐが位置するショット領域ＳＡ６に対して非走査方向の＋Ｘ方向に隣接する方向に、ショット領域ＳＡ１４，ＳＡ１５，ＳＡ１６，ＳＡ１７内のスケール用パターン５６Ｐを読み取るための検出器４０Ｉ，４０Ｊ，４０Ｋ，４０Ｌが設置されている。検出器４０Ｉ〜４０Ｌの構成は、検出器４０Ａと同様である。

この場合、一般に走査露光時には、基板Ｐに対して投影領域１７Ｐは１つのショット領域ＳＡの走査露光が終了する毎に、非走査方向に隣接するショット領域に移行していく。なお、実際には投影領域１７Ｐに対して基板Ｐ側が移動する。従って、図１２の軌跡ＴＰＬのように、基板Ｐに対して投影領域１７Ｐが次第に−Ｘ方向のショット領域に移行するときには、投影領域１７Ｐに対して−Ｘ方向側の５つの検出器４０Ｃ，４０Ｅ〜４０Ｈの検出結果を用いることによって、次に投影領域１７Ｐによって露光されるショット領域とそれを囲むショット領域との相対的な位置関係を先読みすることができる。一方、基板Ｐに対して投影領域１７Ｐが次第に＋Ｘ方向のショット領域に移行するときには、投影領域１７Ｐに対して＋Ｘ方向側の５つの検出器４０Ｄ，４０Ｉ〜４０Ｌの検出結果を用いることによって、次に投影領域１７Ｐによって露光されるショット領域とそれを囲むショット領域との相対的な位置関係を先読みすることができる。従って、その先読みされた位置関係を用いて、実際の露光時には、投影領域１７Ｐを囲む４つの検出器４０Ａ〜４０Ｄの位置検出結果を用いて、投影領域１７Ｐ内の露光パターンと、露光対象のショット領域との重ね合わせを高精度に行うことができる。

このように、図１２の配置の先読み用の検出器４０Ｅ〜４０Ｈ、４０Ｉ〜４０Ｌを用いることによって、走査露光時に同時に次に露光するショット領域とその周囲のショット領域との位置関係を先読みすることができ、露光工程のスループットが高く維持される。
なお、検出器４０Ｅ〜４０ＬはそれぞれＸ方向、Ｙ方向の位置を検出できるため、図１２の配置においても、例えば検出器４０Ｅ，４０Ｇ及び検出器４０Ｊ，４０Ｋを省略することが可能である。

なお、上記の実施の形態の露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型の投影露光装置で露光する場合にも同様に適用することができる。
また、上述の実施形態においては、光透過性の基材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レチクルを用いているが、このレチクルに替えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬを使ってパターン像を基板Ｐ上に投影することによって基板を露光しているが、国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板Ｐ上に形成することによって、基板Ｐ上にライン・アンド・スペースを露光する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。この場合、投影光学系ＰＬを使わなくても良く、干渉縞を形成するための回折格子を光学系とみなすことができる。

また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置によりレチクルのパターンを基板（ウエハ）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ、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）、並びに検査ステップ等を経て製造される。

また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレート等に形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、セラミックスウエハ等を基板として用いる薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２００６年１２月８日付け提出の日本国特許出願第２００６−３３１６５３号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。

Claims (31)

1. 光学系を介して物体上の所定領域に露光光を照射し、前記所定領域を露光する露光方法であって、
   前記所定領域に前記露光光を照射するときに、前記物体上の前記所定領域又は前記所定領域との位置関係が既知の前記物体上の領域よりなる被計測領域内に前記光学系を介さずに計測光を照射して、前記所定領域の位置情報を計測し、
   前記位置情報の計測結果に基づいて、前記露光光と前記所定領域との相対位置関係を制御することを特徴とする露光方法。
2. 前記露光光と前記計測光との波長が異なることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記物体上の前記所定領域を前記露光光で露光する際に、前記所定領域の一部の領域に前記露光光を照射した状態で、前記物体と前記露光光とを所定方向に相対移動するとともに、
   前記被計測領域内に前記光学系を介さずに前記計測光を照射して、前記所定領域の位置情報を連続的に計測し、前記位置情報の計測結果に基づいて、前記露光光と前記所定領域との相対位置関係を制御することを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
4. 前記物体上の前記所定領域と前記露光光との相対移動量を表すために前記被計測領域内に形成されている計測用パターンに前記計測光を照射することを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
5. 前記計測用パターンは、第１パターン部と、前記計測光に対する特性が前記第１パターン部とは異なる第２パターン部とが交互に配置されたパターンを含むことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
6. 前記計測用パターンは、前記第１パターン部と前記第２パターン部との高さ又は反射率が異なるとともに、前記所定方向に周期的に形成されたライン・アンド・スペースパターンを含み、
   前記ライン・アンド・スペースパターンに前記計測光を照射することにより、前記計測光と前記被計測領域とが前記所定方向に相対移動するのに応じて周期的に変化する計測信号を検出することを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
7. 前記ライン・アンド・スペースパターンの一部に、前記第１パターン部と前記第２パターン部との前記所定方向の長さの比が他の部分とは異なる基準部分があり、
   前記計測光と前記被計測領域とが前記所定方向に相対移動するのに応じて、前記計測信号から前記基準部分を特定するための非周期的信号を分離することを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
8. 前記計測用パターンは、前記所定方向に交差する方向に周期的に形成された周期的パターンを含み、
   前記周期的パターンに前記計測光を照射することにより、前記計測光と前記被計測領域とがほぼ前記所定方向に相対移動する際に、前記計測光と前記被計測領域との前記所定方向に直交する方向の相対変位に応じた周期的信号を検出することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
9. 前記計測用パターンは、前記所定方向に非周期的なパターンを含み、
   前記非周期的なパターンに前記計測光を照射することにより、前記計測光と前記被計測領域とが前記所定方向に特定の位置関係になった状態を検出することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
10. 前記物体上には、前記所定領域と同じ形状の複数の区画領域が規則的に形成され、
    前記被計測領域は、前記所定領域に隣接する前記区画領域を含むことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
11. 前記被計測領域は、前記所定領域に対して前記所定方向に交差する方向に隣接する前記区画領域を含むことを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
12. 前記被計測領域は、前記所定領域に対して前記所定方向に隣接する前記区画領域を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の露光方法。
13. 前記被計測領域は、前記所定領域を含まない領域であり、
    前記所定領域への前記露光光の照射を開始する前に、前記被計測領域及び前記所定領域に前記計測光を照射し、
    前記被計測領域と前記所定領域との位置関係情報を検出することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の露光方法。
14. 前記所定領域の位置情報の計測結果に基づいて、前記光学系の光軸方向に対して交差する方向での前記露光光と前記所定領域との相対位置関係を制御することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の露光方法。
15. 前記物体上の前記所定領域を露光する際に、
    マスクのパターンの一部を前記光学系を介して前記所定領域の一部に投影した状態で、前記マスクを前記所定方向に対応する方向に移動するのに同期して、前記物体を前記所定方向に移動するとともに、
    前記マスクのパターンに付設されているマスク側の計測用パターンに計測光を照射して、前記マスクの位置情報を計測し、
    前記マスク及び前記所定領域の位置情報の計測結果に基づいて、前記マスクと前記物体との相対位置関係を制御することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
16. 光学系を介して物体上の所定領域に露光光を照射し、前記所定領域を露光する露光装置であって、
    前記所定領域に前記露光光を照射するときに、前記物体上の前記所定領域又は前記所定領域との位置関係が既知の前記物体上の領域よりなる被計測領域内に前記光学系を介さずに計測光を照射して、前記所定領域の位置情報を計測する計測装置と、
    前記計測装置の計測結果に基づいて、前記露光光と前記所定領域との相対位置関係を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
17. 前記計測装置は、前記計測光として前記露光光と波長の異なる光を照射することを特徴とする請求項１６に記載の露光装置。
18. 前記物体上の前記所定領域を前記露光光で露光する際に、前記所定領域の一部の領域に前記露光光を照射した状態で、前記物体と前記露光光とを所定方向に相対移動する相対移動機構を備え、
    前記計測装置は、前記物体と前記所定領域との相対移動中に、前記被計測領域内に前記光学系を介さずに前記計測光を照射して、前記所定領域の位置情報を連続的に計測することを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
19. 前記計測装置は、前記物体上の前記所定領域と前記露光光との相対移動量を表すために前記被計測領域内に形成されている計測用パターンに前記計測光を照射することを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
20. 前記計測用パターンは、第１パターン部と、前記計測光に対する特性が前記第１パターン部とは異なる第２パターン部とが交互に配置されたパターンを含むことを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
21. 前記計測用パターンは、前記第１パターン部と前記第２パターン部との高さ又は反射率が異なるとともに、前記所定方向に周期的に形成されたライン・アンド・スペースパターンを含み、
    前記計測装置は、前記ライン・アンド・スペースパターンに前記計測光を照射することにより、前記計測光と前記被計測領域とが前記所定方向に相対移動するのに応じて周期的に変化する計測信号を検出することを特徴とする請求項２０に記載の露光装置。
22. 前記ライン・アンド・スペースパターンの一部に、前記第１パターン部と前記第２パターン部との前記所定方向の長さの比が他の部分とは異なる基準部分があり、
    前記計測装置は、前記計測光と前記被計測領域とが前記所定方向に相対移動するのに応じて、前記計測信号から前記基準部分を特定するための非周期的信号を分離することを特徴とする請求項２１に記載の露光装置。
23. 前記計測用パターンは、前記所定方向に交差する方向に周期的に形成された周期的パターンを含み、
    前記計測装置は、前記周期的パターンに前記計測光を照射することにより、前記計測光と前記被計測領域との前記所定方向に直交する方向の相対変位に応じた周期的信号を検出することを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
24. 前記計測用パターンは、前記所定方向に非周期的なパターンを含み、
    前記計測装置は、前記非周期的なパターンに前記計測光を照射することにより、前記計測光と前記被計測領域とが前記所定方向で特定の位置関係になった状態を検出することを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
25. 前記物体上には、前記所定領域と同じ形状の複数の区画領域が規則的に形成され、
    前記被計測領域は、前記所定領域に隣接する前記区画領域を含み、
    前記計測装置は、前記被計測領域の配置に応じて位置決めされて、前記所定領域の露光中に前記被計測領域に前記計測光を照射して前記所定領域の位置情報を計測する第１検出部を含むことを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
26. 前記被計測領域は、前記所定領域に対して前記所定方向に交差する方向に隣接する前記区画領域を含み、
    前記第１検出部は、前記物体上の前記露光光の照射領域に対して前記所定方向に交差する方向にずれた位置に位置決めされる検出部を含むことを特徴とする請求項２５に記載の露光装置。
27. 前記被計測領域は、前記所定領域に対して前記所定方向に交差する方向に隣接する前記区画領域を含み、
    前記第１検出部は、前記物体上の前記露光光の照射領域に対して前記所定方向にずれた位置に位置決めされる検出部を含むことを特徴とする請求項２５又は２６に記載の露光装置。
28. 前記被計測領域は、前記所定領域を含まない領域であり、
    前記計測装置は、
    前記所定領域及び前記被計測領域の配置に応じて位置決めされて、前記所定領域が露光される前に、前記所定領域及び前記被計測領域に前記計測光を照射して前記所定領域の位置情報を計測する第２検出部と、
    前記第２検出部の計測結果を記憶する記憶部とを含むことを特徴とする請求項２５から２７のいずれか一項に記載の露光装置。
29. 前記制御装置は、
    前記計測装置の計測結果に基づいて、前記光学系の光軸方向に対して交差する方向での前記露光光と前記所定領域との相対位置関係を制御することを特徴とする請求項１６から２８のいずれか一項に記載の露光装置。
30. 前記光学系は、マスクのパターンの一部の像を前記所定領域の一部に投影する投影光学系であり、
    前記相対移動機構は、前記マスクを前記所定方向に対応する方向に移動するのに同期して、前記物体を前記所定方向に移動するステージ機構であり、
    前記マスクのパターンに付設されているマスク側の計測用パターンに計測光を照射して、前記マスクの位置情報を計測するマスク側の計測装置を備え、
    前記制御装置は、前記物体側及び前記マスク側の計測装置の計測結果に基づいて、前記マスクと前記物体との相対位置関係を制御することを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
31. 請求項１６から３０のいずれか一項に記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法。

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