WO2016125790A1 - 計測装置及び計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

計測装置及び計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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WO2016125790A1
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lattice
measurement
light
grating
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哲寛 上田
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株式会社ニコン
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G—PHYSICS
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically

Definitions

  • the present invention relates to a measurement apparatus and measurement method, an exposure apparatus and exposure method, and a device manufacturing method, and more specifically, a measurement apparatus, a measurement method, and a measurement apparatus for measuring position information of lattice marks provided on an object.
  • the present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method using a measurement method, and a device manufacturing method using the exposure apparatus or the exposure method.
  • microdevices such as semiconductor elements (integrated circuits, etc.) and liquid crystal display elements
  • step-and-scan projection exposure apparatuses so-called scanning steppers (also called scanners)
  • scanning steppers also called scanners
  • a plurality of layers of patterns are superimposed on a wafer or glass plate (hereinafter collectively referred to as “wafer”), so that a pattern already formed on the wafer and a mask or An operation (so-called alignment) is performed to bring the pattern of the reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) into an optimum relative positional relationship.
  • reticle reticle
  • an alignment system sensor used in this type of alignment, one that detects a lattice mark by scanning measurement light on a lattice mark provided on a wafer is known (for example, Patent Document 1).
  • a measuring apparatus for measuring position information of a first lattice mark and a second lattice mark provided on an object and having different periodic directions, wherein the object includes the first lattice mark and the second lattice mark.
  • the measurement light is scanned in the scanning direction with respect to the first grating mark and the second grating mark via the objective lens.
  • a mark detection system having a light receiving system for receiving diffracted light from each of the first and second grating marks of the measurement light through the objective lens, and the light receiving system
  • a measuring device including an arithmetic processing system that obtains positional information of the first grating mark and the second grating mark based on a light reception result of diffracted light.
  • the irradiation system that irradiates the lattice mark provided on the object moving in the first direction while scanning the measurement light in the first direction, and the movement in the first direction.
  • a mark detection system comprising: an objective optical system including an objective optical element capable of facing an object to be performed; and a light receiving system that receives diffracted light from the grating mark of the measurement light via the objective optical system;
  • a measuring device including an arithmetic system that obtains position information of the lattice mark based on a detection result of the detection system.
  • the measurement apparatus includes a pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern.
  • the measurement apparatus according to the first or second aspect is provided, and the object is irradiated with an energy beam while controlling the position of the object based on the output of the measurement apparatus.
  • An exposure apparatus for forming a predetermined pattern is provided.
  • an exposure apparatus that irradiates an object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object, the first direction provided on the object moving in a first direction And an irradiation system that irradiates the first grating mark and the second grating mark each having a different periodic direction from each other through the objective lens while scanning the measuring light in the first direction; and A light receiving system that receives the diffracted light from each of the first grating mark and the second grating mark through the objective lens, and based on the detection result of the mark detection system, An exposure apparatus is provided whose position is controlled.
  • a device manufacturing method comprising: exposing a substrate using any of the exposure apparatuses according to the third to fifth aspects; and developing the exposed substrate. Provided.
  • a measurement method for measuring positional information of a first lattice mark and a second lattice mark that are provided on an object and have different periodic directions wherein the first lattice mark and the second lattice mark are measured.
  • a measurement method includes obtaining positional information of the first grating mark and the second grating mark based on a light reception result of the diffracted light.
  • a measurement method for measuring position information of lattice marks provided on an object the object being moved in a first direction, and the object being moved in the first direction.
  • the grating mark is irradiated with the measurement light in the first direction while being scanned through the objective optical system, and the diffraction light of the measurement light from the grating mark is irradiated to the objective optical system.
  • a measurement method is provided which includes receiving light by a light receiving system via a light source and obtaining position information of the lattice mark based on a light reception result of the light receiving system.
  • the position information of the lattice mark provided on the object is measured using the measurement method according to the seventh or eighth aspect, and based on the measured position information of the lattice mark. And exposing the object with an energy beam while controlling the position of the object.
  • a device manufacturing method including exposing a substrate using the exposure method according to the ninth aspect and developing the exposed substrate.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams showing examples (No. 1 to No. 3) of lattice marks formed on the wafer. It is a figure which shows the structure of the alignment system which the exposure apparatus of FIG. 1 has.
  • FIG. 4 is a plan view of a detection grid plate included in the alignment system of FIG. 3. It is a figure which shows an example of the signal obtained from the light-receiving system which the alignment system of FIG. 3 has.
  • FIG. 7A shows a lattice mark according to a modification
  • FIG. 7B is a diagram showing an operation when measuring the position of the lattice mark of FIG.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating measurement light and diffracted light incident on the lattice mark from the alignment system according to the modification
  • FIGS. 8B and 8C are measurement light on the pupil plane of the objective lens.
  • FIG. 2 is a diagram (part 1 and part 2) showing positions of diffracted light. It is a figure which shows the modification of the light reception system of an alignment system.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of an exposure apparatus 10 according to the embodiment.
  • the exposure apparatus 10 is a step-and-scan projection exposure apparatus, a so-called scanner.
  • a projection optical system 16b is provided.
  • the reticle R is set in the Z-axis direction in a direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system 16b and in a plane orthogonal to the Z-axis direction.
  • a direction in which the wafer W and the wafer W are relatively scanned is a Y-axis direction
  • a direction orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is an X-axis direction
  • rotation (tilt) directions around the X-axis, Y-axis, and Z-axis are ⁇ x
  • the exposure apparatus 10 includes an illumination system 12, a reticle stage 14, a projection unit 16, a wafer stage apparatus 20 including a wafer stage 22, a multipoint focal position detection system 40, an alignment system 50, and a control system thereof.
  • a wafer W is placed on the wafer stage 22.
  • the illumination system 12 is an illumination having a light source, an illuminance uniformizing optical system having an optical integrator, and a reticle blind (both not shown) as disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2003/0025890. And an optical system.
  • the illumination system 12 illuminates, with illumination light (exposure light) IL, a slit-like illumination area IAR long in the X-axis direction on the reticle R set (restricted) by the reticle blind (masking system) with illumination light (exposure light) IL.
  • illumination light IL for example, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used.
  • reticle stage 14 On reticle stage 14, reticle R on which a circuit pattern or the like is formed on its pattern surface (the lower surface in FIG. 1) is fixed, for example, by vacuum suction.
  • the reticle stage 14 can be finely driven in the XY plane by a reticle stage drive system 32 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 6) including a linear motor, for example, and in the scanning direction (left and right direction in FIG. 1). In the Y-axis direction) at a predetermined scanning speed.
  • Position information of the reticle stage 14 in the XY plane is, for example, a resolution of about 0.5 to 1 nm by a reticle stage position measurement system 34 including an interferometer system (or encoder system), for example. Always measured.
  • the measurement value of reticle stage position measurement system 34 is sent to main controller 30 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 6).
  • Main controller 30 calculates the position of reticle stage 14 in the X-axis direction, Y-axis direction, and ⁇ z direction based on the measurement value of reticle stage position measurement system 34, and reticle stage drive system 32 based on the calculation result. By controlling the above, the position (and speed) of the reticle stage 14 is controlled.
  • the exposure apparatus 10 includes a reticle alignment system 18 (see FIG. 6) for detecting the position of a reticle alignment mark formed on the reticle R.
  • a reticle alignment system 18 for example, an alignment system having a configuration disclosed in US Pat. No. 5,646,413, US Patent Application Publication No. 2002/0041377, or the like can be used.
  • the projection unit 16 is disposed below the reticle stage 14 in FIG.
  • the projection unit 16 includes a lens barrel 16a and a projection optical system 16b stored in the lens barrel 16a.
  • the projection optical system 16b for example, a refractive optical system including a plurality of optical elements (lens elements) arranged along an optical axis AX parallel to the Z-axis direction is used.
  • the projection optical system 16b is, for example, double-sided telecentric and has a predetermined projection magnification (for example, 1/4, 1/5, or 1/8).
  • the illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination system 12, the illumination light that has passed through the reticle R arranged so that the first surface (object surface) and the pattern surface of the projection optical system 16b are substantially coincident with each other. Due to IL, a reduced image of the circuit pattern of the reticle R in the illumination area IAR (a reduced image of a part of the circuit pattern) passes through the projection optical system 16b (projection unit 16), and the second surface of the projection optical system 16b ( It is formed in an area (hereinafter also referred to as an exposure area) IA that is conjugated to the illumination area IAR on the wafer W, which is disposed on the image plane side and has a resist (sensitive agent) coated on the surface thereof.
  • an exposure area IA that is conjugated to the illumination area IAR on the wafer W, which is disposed on the image plane side and has a resist (sensitive agent) coated on the surface thereof.
  • the reticle R is moved relative to the illumination area IAR (illumination light IL) in the scanning direction (Y-axis direction) and the exposure area IA (illumination light IL) is synchronously driven by the reticle stage 14 and the wafer stage 22.
  • the wafer W By moving the wafer W relative to the scanning direction (Y-axis direction), scanning exposure of one shot area (partition area) on the wafer W is performed, and the pattern of the reticle R is transferred to the shot area.
  • a pattern is generated on the wafer W by the illumination system 12, the reticle R, and the projection optical system 16b, and the pattern is formed on the wafer W by exposure of the sensitive layer (resist layer) on the wafer W by the illumination light IL. Is formed.
  • the wafer stage device 20 includes a wafer stage 22 disposed above the base board 28.
  • the wafer stage 22 includes a stage main body 24 and a wafer table 26 mounted on the stage main body 24.
  • the stage main body 24 is supported on the base board 28 via a clearance (gap, gap) of about several ⁇ m by a non-contact bearing (not shown) fixed to the bottom surface thereof, for example, an air bearing.
  • the stage main body 24 is, for example, three degrees of freedom in the horizontal plane (X, Y, ⁇ z) with respect to the base board 28 by a wafer stage drive system 36 (not shown in FIG. 1, see FIG. 6) including a linear motor (or a flat motor). ) Can be driven in the direction.
  • the wafer stage drive system 36 includes a micro drive system that micro-drives the wafer table 26 in directions of six degrees of freedom (X, Y, Z, ⁇ x, ⁇ y, ⁇ z) with respect to the stage main body 24.
  • the position information of the wafer table 26 in the 6-degree-of-freedom direction is constantly measured with a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm by a wafer stage position measurement system 38 including an interferometer system (or encoder system), for example.
  • the measurement value of the wafer stage position measurement system 38 is sent to the main controller 30 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 6).
  • the main controller 30 calculates the position of the wafer table 26 in the 6-degree-of-freedom direction based on the measurement value of the wafer stage position measurement system 38, and controls the wafer stage drive system 36 based on the calculation result. The position (and speed) of the wafer table 26 is controlled. Main controller 30 also controls the position of stage main body 24 in the XY plane based on the measurement value of wafer stage position measurement system 38.
  • the multi-point focal position detection system 40 is an oblique incidence type position measurement that measures position information in the Z-axis direction of a wafer W having a configuration similar to that disclosed in, for example, US Pat. No. 5,448,332. Device. As shown in FIG. 1, the multipoint focal position detection system 40 is disposed further on the ⁇ Y side of the alignment system 50 disposed on the ⁇ Y side of the projection unit 16. Since the output of the multipoint focal position detection system 40 is used for autofocus control described later, the multipoint focal position detection system 40 is hereinafter referred to as an AF system 40.
  • the AF system 40 includes an irradiation system that irradiates the surface of the wafer W with a plurality of detection beams, and a light receiving system (all not shown) that receives reflected light from the surface of the wafer W. .
  • a plurality of detection points (detection beam irradiation points) of the AF system 40 are not shown, but are arranged at predetermined intervals along the X-axis direction on the surface to be detected. In this embodiment, for example, they are arranged in a matrix of 1 row and M columns (M is the total number of detection points) or 2 rows and N columns (N is 1/2 of the total number of detection points).
  • the output of the light receiving system is supplied to the main controller 30 (see FIG. 6).
  • Main controller 30 obtains position information (surface position information) in the Z-axis direction of the surface of wafer W at the plurality of detection points based on the output of the light receiving system.
  • the detection region of surface position information (arrangement region of a plurality of detection points) by the AF system 40 is set in a strip shape extending in the X-axis direction.
  • main controller 30 Prior to the exposure operation, main controller 30 appropriately moves wafer W in the Y-axis and / or X-axis direction with respect to the detection region of AF system 40, and based on the output of AF system 40 at that time, wafer W Obtain surface position information.
  • the main controller 30 performs the acquisition of the surface position information for all shot areas set on the wafer W, and stores the result in association with the position information of the wafer table 26 as focus mapping information.
  • each shot area on the wafer W at least one lattice mark GM as shown in FIG. 2A is formed as a detection target by the alignment system 50. Note that the lattice mark GM is actually formed in the scribe line of each shot region.
  • the lattice mark GM includes a first lattice mark GMa and a second lattice mark GMb.
  • the first lattice mark GMa has a direction in which lattice lines extending in a direction (hereinafter referred to as ⁇ direction for convenience) forming an angle of 45 ° with respect to the X axis in the XY plane are orthogonal to the ⁇ direction in the XY plane (
  • ⁇ direction lattice lines extending in a direction
  • ⁇ direction for convenience
  • it is composed of a reflection type diffraction grating formed at a predetermined interval (for example, pitch P1 (P1 is an arbitrary numerical value)) in the ⁇ direction and having a ⁇ direction as a periodic direction.
  • the second grating mark GMb is composed of a reflection type diffraction grating in which grating lines extending in the ⁇ direction are formed at predetermined intervals in the ⁇ direction (for example, pitch P2 (P1 is an arbitrary numerical value)) and the ⁇ direction is a periodic direction. .
  • the first lattice mark GMa and the second lattice mark GMb are arranged continuously (adjacent) in the X-axis direction so that the positions in the Y-axis direction are the same.
  • the pitch of the grating is shown to be much wider than the actual pitch. The same applies to the diffraction gratings in the other figures.
  • the pitch P1 and the pitch P2 may be the same value or different values.
  • the first lattice mark GMa and the second lattice mark GMb are in contact with each other, but may not be in contact with each other.
  • the alignment system 50 includes an objective optical system 60 including an objective lens 62, an irradiation system 70, and a light receiving system 80, as shown in FIG.
  • the irradiation system 70 includes a light source 72 that emits measurement light L1 and L2, a movable mirror 74 disposed on the optical path of the measurement light L1 and L2, and a part of the measurement light L1 and L2 reflected by the movable mirror 74.
  • a half mirror (beam splitter) 76 that reflects toward the center and transmits the remainder, and a beam position detection sensor 78 that is disposed on the optical path of the measurement lights L1 and L2 that are transmitted (passed) through the half mirror 76.
  • the light source 72 emits two measurement lights L1 and L2 having a broadband wavelength that do not expose the resist applied to the wafer W (see FIG. 1) in the ⁇ Z direction.
  • the optical path of the measurement light L2 overlaps the back side of the drawing with respect to the optical path of the measurement light L1.
  • white light is used as the measurement lights L1 and L2.
  • the movable mirror 74 for example, a known galvanometer mirror is used in the present embodiment.
  • the movable mirror 74 has a reflecting surface for reflecting the measurement lights L1 and L2 that can be rotated (rotated) about an axis parallel to the X axis.
  • the rotation angle of the movable mirror 74 is controlled by the main controller 30 (not shown in FIG. 3, see FIG. 6). The angle control of the movable mirror 74 will be further described later.
  • An optical member other than the galvanometer mirror for example, a prism
  • the measurement lights L1 and L2 may be reflected together by a single galvanometer mirror, or two galvanometer mirrors may be provided corresponding to the measurement lights L1 and L2.
  • the position of the half mirror 76 (the angle of the reflecting surface) is fixed.
  • Part of the measurement light beams L1 and L2 reflected by the reflecting surface of the movable mirror 74 is formed on the wafer W via the objective lens 62 after the optical path is bent in the ⁇ Z direction by the half mirror 76.
  • the light enters the GM (GMa, GMb) almost perpendicularly.
  • the movable mirror 74 is inclined at an angle of 45 ° with respect to the Z axis, and part of the measurement lights L1 and L2 from the movable mirror 74 is parallel to the Z axis by the half mirror 76. Reflected in the direction.
  • FIG. 3 the position of the half mirror 76 (the angle of the reflecting surface) is fixed.
  • Part of the measurement light beams L1 and L2 reflected by the reflecting surface of the movable mirror 74 is formed on the wafer W via the objective lens 62 after the optical path is bent in the ⁇ Z direction by the half mirror 76
  • the movable mirror 74 and the half mirror 76 are disposed on the optical path of the measurement light L1 and L2 between the light source 72 and the objective lens 62.
  • the movable mirror 74 is on the Z axis. Even when tilted at an angle other than 45 °, the irradiation system is configured so that the measurement lights L1 and L2 emitted from the objective lens 62 are substantially perpendicularly incident on the lattice mark GM formed on the wafer W. 70 is configured.
  • at least one other optical member different from the movable mirror 74 and the half mirror 76 may be disposed on the optical path of the measurement light L1 and L2 between the light source 72 and the objective lens 62.
  • the beam position detection sensor 78 is, for example, a PD (Photo Detector) array or a CCD (Charge Coupled).
  • the image forming plane is arranged on a plane conjugate with the surface of the wafer W.
  • the measurement light L1 is irradiated onto the first lattice mark GMa
  • the measurement light L2 is irradiated onto the second lattice mark GMb.
  • An interval between the measurement lights L1 and L2 is set (see FIG. 2A).
  • each of the measurement lights L1 and L2 on the lattice marks GMa and GMb (wafer W) according to the angle of the reflecting surface of the movable mirror 74 is changed.
  • the incident (irradiation) position changes in the scanning direction (Y-axis direction) (see the white arrow in FIG.
  • the incident positions of the measurement lights L1 and L2 on the beam position detection sensor 78 change in conjunction with the change in position of the measurement lights L1 and L2 on the lattice mark GM.
  • the output of the beam position detection sensor 78 is supplied to the main controller 30 (not shown in FIG. 3, see FIG. 6).
  • Main controller 30 can obtain irradiation position information of measurement lights L 1 and L 2 on wafer W based on the output of beam position detection sensor 78.
  • the objective optical system 60 includes an objective lens 62, a detector side lens 64, and a lattice plate 66.
  • the alignment system 50 when the first grating mark GMa is irradiated with the measurement light L1 in a state where the grating mark GM is located immediately below the objective optical system 60, a plurality of light beams based on the measurement light L1 generated from the first grating mark GMa are used.
  • ⁇ 1st order diffracted light ⁇ L3 (a plurality of light corresponding to a plurality of wavelengths included in white light) enters the objective lens 62.
  • ⁇ first-order diffracted lights ⁇ L4 based on the measurement light L2 generated from the second grating mark GMb is incident on the objective lens 62.
  • the ⁇ first-order diffracted lights ⁇ L3 and ⁇ L4 enter the detector-side lens 64 disposed above the objective lens 62 through the objective lens 62, respectively.
  • the detector-side lens 64 condenses the ⁇ first-order diffracted lights ⁇ L3 and ⁇ L4 on the grating plate 66 disposed above the detector-side lens 64.
  • the grating plate 66 is formed with readout diffraction gratings Ga and Gb extending in the Y-axis direction, as shown in FIG.
  • the reading diffraction grating Ga is a transmission type diffraction grating corresponding to the grating mark GMa (see FIG. 2A) and having the ⁇ direction as a periodic direction.
  • the readout diffraction grating Gb is a transmission type diffraction grating corresponding to the grating mark GMb (see FIG. 2A) and having the ⁇ direction as a periodic direction.
  • the pitch of the readout diffraction grating Ga is set to be substantially the same as the pitch of the grating mark GMa, and the pitch of the readout diffraction grating Gb is the pitch of the grating mark GMb. Is set to be substantially the same.
  • the light receiving system 80 guides the light corresponding to the image (interference fringe) based on the diffracted light ⁇ L3 and ⁇ L4 imaged on the detector 84 and the grating plate 66 to the detector 84.
  • the optical system 86 includes the spectroscopic prism 86b in response to the use of white light as the measurement lights L1 and L2.
  • the light from the grating plate 66 is split into, for example, blue, green, and red colors via the spectral prism 86b.
  • the detector 84 has photodetectors PD1 to PD3 provided independently for the respective colors. Outputs of the photodetectors PD1 to PD3 included in the detector 84 are supplied to the main controller 30 (not shown in FIG. 3, refer to FIG. 6).
  • a signal (interference signal) having a waveform as shown in FIG. 5 is obtained from the outputs of the photodetectors PD1 to PD3.
  • Main controller 30 obtains the positions of lattice marks GMa and GMb from the phase of the signal by calculation. That is, in the exposure apparatus 10 (see FIG. 1) of the present embodiment, the alignment system 50 and the main controller 30 (each see FIG. 6) perform alignment for obtaining position information of the lattice marks GM formed on the wafer W.
  • the device is configured.
  • the main controller 30 when the main controller 30 (see FIG. 6) measures the position of the lattice mark GM using the alignment system 50, the main controller 30 (see FIG. 6) moves the lattice mark GM (that is, the wafer W) to the alignment system 50 in the Y-axis direction.
  • the measurement lights L1 and L2 are scanned in the Y-axis direction following the lattice mark GM (see FIG. 2A).
  • the grating mark GM and the grating plate 66 move relative to each other in the Y-axis direction.
  • the readout of the grating plate 66 is caused by interference between diffracted lights based on the measurement light L1 and interference between diffracted lights based on the measurement light L2.
  • Interference fringes are imaged on the diffraction gratings Ga and Gb, respectively.
  • the interference fringes imaged on the grating plate 66 are detected by the detector 84.
  • the output of the detector 84 is supplied to the main controller 30.
  • the waveform shown in FIG. 5 is generated based on the relative movement between the grating marks GMa and GMb and the readout diffraction gratings Ga and Gb (see FIG. 4), and is irradiated onto the grating marks GMa and GMb.
  • the measurement lights L1 and L2 are generated regardless of the positions. Accordingly, the driving of the lattice marks GMa and GMb (that is, the wafer stage 22) in the Y-axis direction and the scanning of the measuring beams L1 and L2 in the Y-axis direction are not necessarily completely synchronized (the speeds are strictly the same). Also good.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the main configuration of the control system in the exposure apparatus 10.
  • the control system of FIG. 6 includes a so-called microcomputer (or workstation) including a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc.
  • the main controller 30 is configured to be centrally controlled.
  • reticle alignment system 18 In exposure apparatus 10 (see FIG. 1) configured as described above, first, reticle R and wafer W are loaded on reticle stage 14 and wafer stage 22, respectively, and reticle alignment system 18 (see FIG. 6) is used. Predetermined preparatory operations such as reticle alignment and wafer alignment (for example, EGA (enhanced global alignment)) using the alignment system 50 are performed. Note that the above-described preparation operations such as reticle alignment and baseline measurement are disclosed in detail in, for example, US Pat. No. 5,646,413 and US 2002/0041377. The subsequent EGA is disclosed in detail, for example, in US Pat. No. 4,780,617.
  • the main controller 30 obtains the surface position information of the wafer W using the AF system 40 prior to the position measurement operation of the lattice mark GM using the alignment system 50. Then, main controller 30 controls the position and orientation of the wafer table 26 in the Z-axis direction (inclination in the ⁇ x direction and ⁇ y direction) based on the surface position information and the offset value obtained in advance for each layer. Thereby, the objective optical system 60 of the alignment system 50 is focused on the lattice mark GM.
  • the offset value is a measurement value of the AF system 40 obtained when the position and orientation of the wafer table 26 are adjusted so that the signal intensity (interference fringe contrast) of the alignment system 50 is maximized. Means.
  • the position and orientation of the wafer table 26 are controlled almost in real time (almost real time) using the surface position information of the wafer W obtained immediately before the detection of the lattice mark GM by the alignment system 50 ( Auto focus control) is performed.
  • the surface position of the wafer W may be detected by receiving light from the lattice mark GM to be position-measured.
  • wafer stage 22 is driven to the acceleration start position for exposure of the first shot area of wafer W, and the position of reticle R is set to the acceleration start position.
  • the reticle stage 14 is driven.
  • the reticle stage 14 and the wafer stage 22 are synchronously driven along the Y-axis direction, whereby the first shot area on the wafer W is exposed.
  • exposure of all shot areas on the wafer W is performed, whereby the exposure of the wafer W is completed.
  • the measurement lights L1 and L2 are moved to the lattice marks GM (FIG. 3 respectively) while moving the wafer W (wafer stage 22) in the Y-axis direction.
  • the position measurement operation of the lattice mark GM is performed after the wafer W is loaded on the wafer stage 22 and moved to the exposure start position of the wafer stage 22.
  • the alignment system 50 may be arranged in advance on the movement path of the wafer stage 22. Thereby, the alignment measurement time can be shortened and the overall throughput can be improved.
  • the alignment system 50 irradiates the first lattice mark GMa included in the lattice mark GM with the measurement light L1, and the lattice mark GMb receives measurement light L2 different from the measurement light L1. Irradiate. That is, in the present embodiment, the alignment system 50 independently irradiates the pair of measurement lights L1 and L2 corresponding to the pair of lattice marks GMa and GMb having different periodic directions. Thereby, since the position information of each of the lattice marks GMa and GMb is obtained in parallel, the position measurement time of the lattice marks GMa and GMb can be shortened. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in throughput as compared with the case where the position information of the lattice marks GMa and GMb is obtained in order.
  • a pair of grating marks GMa, GMb having different periodic directions are arranged side by side in a direction (X-axis direction) orthogonal to the scanning direction (Y-axis direction) of the measurement lights L1, L2.
  • the strokes of the measurement lights L1 and L2 can be shortened as compared with the case where the lattice marks GMa and GMb are arranged in the scanning direction. Therefore, the measurement time can be shortened and the throughput can be improved.
  • the objective optical system 60 of the alignment system 50 can be downsized.
  • the alignment system 50 since the alignment system 50 according to the present embodiment scans the measurement light so as to follow the wafer W (lattice mark GM) moving in the scan direction, long-time measurement is possible. For this reason, since it is possible to take a so-called moving average of output, it is possible to reduce the influence of vibration of the apparatus. Also, if a line-and-space mark is detected using an image sensor (for example, a CCD) as a light-receiving system for the alignment system, scanning with the measurement light following the wafer W moving in the scan direction causes the scan direction to be changed. Images other than perfectly parallel lines cannot be detected (the images are crushed). On the other hand, in the present embodiment, the position of the grating mark GM is measured by causing the diffracted light from the grating mark GM to interfere with each other, so that mark detection can be reliably performed.
  • an image sensor for example, a CCD
  • the alignment system 50 has, for example, three photodetectors PD1 to PD3 (for blue light, green, and red, respectively) corresponding to the measurement lights L1 and L2 that are white light as the detector 84. is doing. For this reason, for example, prior to wafer alignment, an overlay mark (not shown) formed on the wafer W is detected using white light, and the color of the light having the highest interference fringe contrast is obtained in advance. For example, it is possible to determine which of the three photodetectors PD1 to PD3 is optimally used for wafer alignment.
  • the alignment system according to the above-described embodiment, and the lattice mark detection system and method including the alignment system can be changed as appropriate.
  • the pair of measurement lights L1 and L2 corresponding to the pair of lattice marks GMa and GMb are irradiated, but the present invention is not limited to this.
  • a pair of grating marks GMa and GMb may be irradiated with a single (wide) measuring light L1 extending in the X-axis direction.
  • the single measurement light L1 has an illumination area that can illuminate an area including at least a part of the lattice mark GMa and at least a part of the lattice mark GMb in the X-axis direction. Note that the single measurement light L1 may illuminate an area including all of the lattice marks GMa and all of the lattice marks GMb in the X-axis direction.
  • the pair of lattice marks GMa and GMb are arranged along the X-axis direction.
  • the present invention is not limited to this, and for example, as shown in FIG.
  • the pair of lattice marks GMa and GMb may be arranged along the Y-axis direction.
  • the alignment measurement is performed such that the wafer W (lattice mark GM) is moved in the X-axis direction (see the black arrow in FIG. 2C) and the measurement lights L1 and L2 are scanned in the X-axis direction.
  • a system should be constructed.
  • the lattice line forms an angle of, for example, 45 ° with respect to the X axis and the Y axis.
  • a lattice mark GM including a lattice mark GMy having a periodic direction in the Y-axis direction and a lattice mark GMx having a periodic direction in the X-axis direction as shown in FIG.
  • the wafer W (lattice mark GM) is rotated around the Z axis by a predetermined angle ⁇ (the angle ⁇ is not particularly limited, provided that 0 ° ⁇ ⁇ 90 °).
  • the wafer W may be moved in the Y-axis direction.
  • the alignment system 50 (not shown in FIG. 7B, see FIG. 3) irradiates the measurement light L1 to the lattice mark GMx and irradiates the measurement light L2 to the lattice mark GMy, and applies the measurement light L1, L2. Scan in the Y-axis direction.
  • the position information of the lattice mark GM in the XY plane can be obtained as in the above embodiment.
  • the measurement lights L1 and L2 emitted from the alignment system 50 are configured to enter perpendicularly to the lattice mark GM.
  • the present invention is not limited thereto, and a predetermined angle with respect to the lattice mark GM. (That is, obliquely) may be incident.
  • a predetermined angle with respect to the lattice mark GM. (That is, obliquely) may be incident.
  • the measurement light L having the wavelength ⁇ is incident on the grating mark GM having the grating pitch p at the incident angle ⁇ 1
  • the diffraction from the grating mark GM has the diffraction angle ⁇ 2 .
  • Light L ′ is generated.
  • the position of the grating mark GM is measured by causing a pair of diffracted lights from the grating mark GM to interfere with each other, so even when the oblique incidence method shown in FIG.
  • FIG. 8B in order to measure the position of the lattice mark GM (see FIG. 8A) in the two orthogonal axes, the measurement light L is irradiated to the lattice mark GM from four directions in total.
  • FIG. 8B is a diagram showing an image (light direction) on the pupil plane of the objective lens 62. As described above, the grating mark GM (see FIG.
  • the periodic direction of the lattice mark to be measured may be a direction parallel to the X axis and the Y axis. In this case, as shown in FIG. Incident in a direction parallel to the Y axis. In this case, the diffracted light L ′ is emitted in a direction parallel to the X axis and the Y axis.
  • the light receiving system 80 of the alignment system 50 spectrally separates the white light by the spectral prism 86b.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of spectral filters 386 are provided as in the light receiving system 380 shown in FIG.
  • the white light may be dispersed toward the photodetectors PD1 to PD5 arranged corresponding to each color (for example, blue, green, yellow, red, infrared light).
  • white light is used as the measurement lights L1 and L2.
  • the present invention is not limited to this, and for example, a plurality of lights having different wavelengths may be used.
  • the alignment system 50 is used to detect a lattice mark for performing alignment (fine alignment) between the reticle pattern and the wafer. Immediately after loading the wafer W, it may be used to detect a search mark formed on the wafer W (a lattice mark having a larger line width and a coarser pitch than the lattice marks GMa and GMb).
  • the arrangement and number of alignment systems 50 can be changed as appropriate.
  • a plurality of alignment systems 50 may be arranged at predetermined intervals in the X-axis direction.
  • lattice marks formed in a plurality of shot regions having different positions in the X-axis direction can be detected simultaneously.
  • a part of the plurality of alignment systems 50 may be configured to be movable with a minute stroke in the X-axis direction. In this case, it is possible to detect a plurality of lattice marks formed in one shot region and having different positions in the X-axis direction.
  • the illumination light IL is not limited to ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), but may be ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm). good.
  • ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm).
  • vacuum ultraviolet light for example, erbium.
  • a harmonic which is amplified by a fiber amplifier doped with (or both erbium and ytterbium) and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
  • the wavelength of the illumination light IL is not limited to light of 100 nm or more, and light having a wavelength of less than 100 nm may be used.
  • EUV Extreme Ultraviolet
  • a soft X-ray region for example, a wavelength region of 5 to 15 nm
  • the above-described embodiment can also be applied to an EUV exposure apparatus using the above.
  • the above embodiment can be applied to an exposure apparatus that uses charged particle beams such as an electron beam or an ion beam.
  • the projection optical system in the exposure apparatus of the above embodiment may be not only a reduction system but also an equal magnification and an enlargement system
  • the projection optical system PL is not only a refraction system but also a reflection system or a catadioptric system.
  • the projected image may be either an inverted image or an erect image.
  • a light transmissive mask in which a predetermined light shielding pattern (or phase pattern / dimming pattern) is formed on a light transmissive substrate is used.
  • a predetermined light shielding pattern or phase pattern / dimming pattern
  • a light transmissive substrate is used.
  • a variable shaping mask, an active mask that forms a transmission pattern, a reflection pattern, or a light emission pattern.
  • a DMD Digital Micro-mirror Device
  • spatial light modulator spatial light modulator
  • a liquid for example, pure water
  • an object to be exposed for example, a wafer.
  • the above-described embodiment can also be applied to a so-called immersion exposure apparatus that performs an exposure operation in a state.
  • the above embodiment can be applied to an exposure apparatus provided with two wafer stages as disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2010/0066992.
  • an exposure apparatus (lithography system) that forms a line-and-space pattern on a wafer W by forming interference fringes on the wafer W.
  • the above embodiment can also be applied.
  • the above-described embodiment can also be applied to a step-and-stitch reduction projection exposure apparatus that synthesizes a shot area and a shot area.
  • two reticle patterns are synthesized on the wafer via a projection optical system, and 1 on the wafer is obtained by one scanning exposure.
  • the above embodiment can also be applied to an exposure apparatus that performs double exposure of two shot areas almost simultaneously.
  • the object on which the pattern is to be formed in the above embodiment is not limited to the wafer, but may be another object such as a glass plate, a ceramic substrate, a film member, or a mask blank. good.
  • the use of the exposure apparatus is not limited to the exposure apparatus for semiconductor manufacturing, for example, an exposure apparatus for liquid crystal that transfers a liquid crystal display element pattern to a square glass plate, or an organic EL, a thin film magnetic head,
  • the present invention can be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing an image sensor (CCD or the like), a micromachine, or a DNA chip.
  • a microdevice such as a semiconductor element, a glass substrate or a silicon wafer is used to manufacture a reticle or mask used in an optical exposure apparatus, EUV exposure apparatus, X-ray exposure apparatus, or electron beam exposure apparatus.
  • the above embodiment can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern.
  • An electronic device such as a semiconductor element includes a step of designing a function / performance of a device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, and an exposure apparatus (pattern formation) according to the above-described embodiment.
  • Apparatus and a lithography step for transferring a mask (reticle) pattern onto the wafer by the exposure method, a development step for developing the exposed wafer, and an etching step for removing the exposed member other than the portion where the resist remains by etching It is manufactured through a resist removal step for removing a resist that has become unnecessary after etching, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), an inspection step, and the like.
  • the exposure method described above is executed using the exposure apparatus of the above embodiment, and a device pattern is formed on the wafer. Therefore, a highly integrated device can be manufactured with high productivity.
  • the measuring apparatus and measuring method of the present invention are suitable for detecting a lattice mark.
  • the exposure apparatus and exposure method of the present invention are suitable for exposing an object.
  • the device manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing micro devices.
  • SYMBOLS 10 Exposure apparatus, 14 ... Reticle stage, 20 ... Wafer stage apparatus, 30 ... Main controller, 50 ... Alignment system, GM ... Lattice mark, W ... Wafer.

Landscapes

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Abstract

　計測装置は、ウエハ（Ｗ）上に設けられた互いに周期方向が異なる第１格子マーク（ＧＭａ）及び第２格子マーク（ＧＭｂ）の位置計測を行うアライメント系（５０）は、ウエハ（Ｗ）が第１及び第２格子マークの周期方向とは異なる走査方向（Ｙ軸方向）に移動する際に、第１及び第２格子マーク（ＧＭａ、ＧＭｂ）に計測光（Ｌ１、Ｌ２）を、走査方向に走査しつつ対物レンズ（６２）を介して照射する照射系（７０）、及び計測光の第１及び第２格子マークそれぞれからの回折光を受光する受光系（８０）を有するマーク検出系（５０）と、受光系による回折光の受光結果に基づいて第１及び第２格子マーク（ＧＭａ、ＧＭｂ）の位置情報を求める演算処理系と、を備える。

Description

計測装置及び計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法
　本発明は、計測装置及び計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、物体上に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測装置及び計測方法、計測装置を備えた露光装置及び計測方法を用いる露光方法、並びに露光装置又は露光方法を用いる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。
　この種の露光装置では、例えばウエハ又はガラスプレート（以下、「ウエハ」と総称する）上に複数層のパターンが重ね合せて形成されることから、ウエハ上に既に形成されたパターンと、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）が有するパターンとを最適な相対位置関係にするための操作（いわゆるアライメント）が行われている。また、この種のアライメントで用いられるアライメント系（センサ）としては、ウエハに設けられた格子マークに対して計測光を走査することにより該格子マークの検出を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　ここで、レチクルとウエハとの位置合わせ精度を向上させるためには、アライメントにおいて、より多くの格子マークの検出（位置計測）を行うことが好ましいが、格子マークの検出対象数が増えるほどスループットが低下する問題がある。
米国特許第８，５９３，６４６号明細書
　第１の態様によれば、物体上に設けられた互いに周期方向が異なる第１格子マーク及び第２格子マークの位置情報を計測する計測装置であって、前記物体が前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの前記周期方向とは異なる所定の走査方向に移動する際に、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対して計測光を前記走査方向に走査しつつ対物レンズを介して照射する照射系、及び前記計測光の前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を前記対物レンズを介して受光する受光系を有するマーク検出系と、前記受光系による前記回折光の受光結果に基づいて前記第１格子マーク及び前記第２格子マークの位置情報を求める演算処理系と、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の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系と、前記マーク検出系の検出結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系と、を備える計測装置が、提供される。
　第３の態様によれば、第１又は第２の態様に係る計測装置と、前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と、前記物体に対してエネルギビームを照射し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４の態様によれば、第１又は第２の態様に係る計測装置を備え、前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御しながら、前記物体にエネルギビームを照射して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置が、提供される。
　第５の態様によれば、物体にエネルギビームを照射して、前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、第１の方向に移動する前記物体に設けられた前記第１の方向と異なりかつ互いに異なる周期方向をそれぞれ有する第１格子マーク及び第２格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ対物レンズを介して照射する照射系と、前記計測光の前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を前記対物レンズを介して受光する受光系と、を有するマーク検出系を備え、前記マーク検出系の検出結果に基づいて、前記物体の位置が制御される露光装置が、提供される。
　第６の態様によれば、第３ないし第５の態様に係る露光装置のいずれか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７の態様によれば、物体上に設けられた互いに周期方向が異なる第１格子マーク及び第２格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの前記周期方向とは異なる所定の走査方向に前記物体を移動させることと、前記物体が前記走査方向に移動する際に、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対して計測光を前記走査方向に走査しつつ対物レンズを介して照射することと、前記計測光の前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を前記対物レンズを介して受光することと、前記回折光の受光結果に基づいて前記第１格子マーク及び前記第２格子マークの位置情報を求めることと、を含む計測方法が、提供される。
　第８の態様によれば、物体上に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、第１の方向に前記物体を移動させることと、前記物体が前記第１の方向に移動する際に、前記格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ対物光学系を介して照射することと、前記計測光の前記格子マークからの回折光を前記対物光学系を介して受光系で受光することと、前記受光系の受光結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求めることと、を含む計測方法が、提供される。
　第９の態様によれば、第７又は第８の態様に係る計測方法を用いて物体に設けられた格子マークの位置情報を計測することと、計測された前記格子マークの前記位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ、前記物体をエネルギビームで露光することと、を含む露光方法が、提供される。
　第１０の態様によれば、第９の態様に係る露光方法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。
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２（ａ）～図２（ｃ）は、ウエハ上に形成された格子マークの一例（その１～その３）を示す図である。 図１の露光装置が有するアライメント系の構成を示す図である。 図３のアライメント系が有する検出用格子板の平面図である。 図３のアライメント系が有する受光系から得られる信号の一例を示す図である。 露光装置の制御系を示すブロック図である。 図７（ａ）は変形例に係る格子マークを示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）の格子マークの位置計測を行う際の動作を示す図である。 図８（ａ）は、変形例に係るアライメント系から格子マークに入射する計測光及び回折光を示す図、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、対物レンズの瞳面上における計測光及び回折光の位置を示す図（その１及びその２）である。 アライメント系の受光系の変形例を示す図である。
《実施形態》
　以下、実施形態について、図１～図６に基づいて説明する。
　図１には、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・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように本実施形態では、投影光学系１６ｂが設けられており、以下においては、この投影光学系１６ｂの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向を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、及び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。
　露光装置１０は、照明系１２、レチクルステージ１４、投影ユニット１６、ウエハステージ２２を含むウエハステージ装置２０、多点焦点位置検出系４０、アライメント系５０、及びこれらの制御系等を備えている。図１において、ウエハステージ２２上には、ウエハＷが載置されている。
　照明系１２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るように、光源と、オプティカルインテグレータを有する照度均一化光学系、及びレチクルブラインド（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。照明系１２は、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上のＸ軸方向に長い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。照明光ＩＬとしては、例えば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、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージ１４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３２（図１では不図示、図６参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の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ＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転量情報を含む）は、例えば干渉計システム（あるいはエンコーダシステム）を含むレチクルステージ位置計測系３４によって、例えば０．５～１ｎｍ程度の分解能で常時計測される。レチクルステージ位置計測系３４の計測値は、主制御装置３０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置３０は、レチクルステージ位置計測系３４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ステージ駆動系３２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。また、図１では不図示であるが、露光装置１０は、レチクルＲ上に形成されたレチクルアライメントマークの位置検出を行うためのレチクルアライメント系１８（図６参照）を備えている。レチクルアライメント系１８としては、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書、米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書等に開示される構成のアライメント系を用いることができる。
　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、鏡筒１６ａ内に格納された投影光学系１６ｂと、を含む。投影光学系１６ｂとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（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、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、１／５又は１／８など）を有する。このため、照明系１２によってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系１６ｂの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクル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、投影光学系１６ｂの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）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。そして、レチクルステージ１４とウエハステージ２２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。すなわち、本実施形態では照明系１２、レチクルＲ及び投影光学系１６ｂによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。
　ウエハステージ装置２０は、ベース盤２８の上方に配置されたウエハステージ２２を備えている。ウエハステージ２２は、ステージ本体２４と、該ステージ本体２４上に搭載されたウエハテーブル２６とを含む。ステージ本体２４は、その底面に固定された不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングにより、数μｍ程度のクリアランス（隙間、ギャップ）を介して、ベース盤２８上に支持されている。ステージ本体２４は、例えばリニアモータ（あるいは平面モータ）を含むウエハステージ駆動系３６（図１では不図示、図６参照）によって、ベース盤２８に対して水平面内３自由度（Ｘ、Ｙ、θｚ）方向に駆動可能に構成されている。ウエハステージ駆動系３６は、ウエハテーブル２６をステージ本体２４に対して６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）に微小駆動する微小駆動系を含む。ウエハテーブル２６の６自由度方向の位置情報は、例えば干渉計システム（あるいはエンコーダシステム）を含むウエハステージ位置計測系３８によって例えば０．５～１ｎｍ程度の分解能で常時計測される。ウエハステージ位置計測系３８の計測値は、主制御装置３０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置３０は、ウエハステージ位置計測系３８の計測値に基づいてウエハテーブル２６の６自由度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ウエハステージ駆動系３６を制御することで、ウエハテーブル２６の位置（及び速度）を制御する。主制御装置３０は、ウエハステージ位置計測系３８の計測値に基づいて、ステージ本体２４のＸＹ平面内の位置をも制御する。
　多点焦点位置検出系４０は、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ウエハＷのＺ軸方向の位置情報を計測する斜入射方式の位置計測装置である。多点焦点位置検出系４０は、図１に示されるように、投影ユニット１６の－Ｙ側に配置されたアライメント系５０のさらに－Ｙ側に配置されている。多点焦点位置検出系４０の出力は、後述するオートフォーカス制御に用いられることから、以下、多点焦点位置検出系４０をＡＦ系４０と称する。
　ＡＦ系４０は、複数の検出ビームをウエハＷ表面に対して照射する照射系と、該複数の検出ビームのウエハＷ表面からの反射光を受光する受光系（いずれも不図示）を備えている。ＡＦ系４０の複数の検出点（検出ビームの照射点）は、図示は省略されているが、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、例えば１行Ｍ列（Ｍは検出点の総数）又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）のマトリックス状に配置される。受光系の出力は、主制御装置３０（図６参照）に供給される。主制御装置３０は、受光系の出力に基づいて上記複数の検出点におけるウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を求める。本実施形態において、ＡＦ系４０による面位置情報の検出領域（複数の検出点の配置領域）は、Ｘ軸方向に延びる帯状に設定されている。
　主制御装置３０は、露光動作に先だって、ＡＦ系４０の検出領域に対してウエハＷをＹ軸及び／又はＸ軸方向に適宜移動させ、そのときのＡＦ系４０の出力に基づいてウエハＷの面位置情報を求める。主制御装置３０は、上記面位置情報の取得をウエハＷ上に設定された全てのショット領域に対して行い、その結果をウエハテーブル２６の位置情報と関連付けて、フォーカスマッピング情報として記憶する。
　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系５０について説明する。
　ウエハＷ上の各ショット領域には、アライメント系５０による検出対象として、図２（ａ）に示されるような格子マークＧＭが少なくとも１つ形成されている。なお、格子マークＧＭは、実際には、各ショット領域のスクライブライン内に形成されている。
　格子マークＧＭは、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとを含む。第１格子マークＧＭａは、ＸＹ平面内でＸ軸に対して４５°の角度を成す方向（以下、便宜上、α方向と称する）に延びる格子線が、ＸＹ平面内でα方向に直交する方向（以下、便宜上、β方向と称する）に所定間隔（例えばピッチＰ１（Ｐ１は任意の数値））で形成された、β方向を周期方向とする反射型の回折格子から成る。第２格子マークＧＭｂは、β方向に延びる格子線がα方向に所定間隔（例えばピッチＰ２（Ｐ１は任意の数値））で形成された、α方向を周期方向とする反射型の回折格子から成る。第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとは、Ｙ軸方向の位置が同じとなるように、Ｘ軸方向に連続して（隣接して）配置されている。なお、図２（ａ）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。なお、ピッチＰ１とピッチＰ２は同じ値であっても良いし、互いに異なる値であっても良い。また、図２（ａ）においては、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとが接しているが、接していなくても良い。
　アライメント系５０は、図３に示されるように、対物レンズ６２を含む対物光学系６０、照射系７０、及び受光系８０を備えている。
　照射系７０は、計測光Ｌ１、Ｌ２を出射する光源７２、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に配置された可動ミラー７４、可動ミラー７４により反射された計測光Ｌ１、Ｌ２の一部をウエハＷに向けて反射し、残りを透過させるハーフミラー（ビームスプリッタ）７６、ハーフミラー７６を透過（通過）した計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に配置されたビーム位置検出センサ７８などを備えている。
　光源７２は、ウエハＷ（図１参照）に塗布されたレジストを感光させないブロードバンドな波長の２つの計測光Ｌ１、Ｌ２を－Ｚ方向に出射する。なお、図３において、計測光Ｌ２の光路は、計測光Ｌ１の光路に対して紙面奥側に重なっている。本実施形態において、計測光Ｌ１、Ｌ２としては、例えば白色光が用いられている。
　可動ミラー７４としては、本実施形態では、例えば公知のガルバノミラーが用いられている。可動ミラー７４は、計測光Ｌ１、Ｌ２を反射するための反射面がＸ軸に平行な軸線回りに回動（回転）可能となっている。可動ミラー７４の回動角度は、主制御装置３０（図３では不図示、図６参照）により制御される。可動ミラー７４の角度制御については、さらに後述する。なお、計測光Ｌ１、Ｌ２の反射角を制御できれば、ガルバノミラー以外の光学部材（例えばプリズムなど）を用いても良い。また、単一のガルバノミラーにより計測光Ｌ１、Ｌ２を併せて反射しても良いし、計測光Ｌ１、Ｌ２に対応して２つのガルバノミラーが設けられていても良い。
　ハーフミラー７６は、可動ミラー７４とは異なり、位置（反射面の角度）が固定されている。可動ミラー７４の反射面で反射された計測光Ｌ１、Ｌ２の一部は、ハーフミラー７６により光路が－Ｚ方向に折り曲げられた後、対物レンズ６２を介してウエハＷ上に形成された格子マークＧＭ（ＧＭａ、ＧＭｂ）にほぼ垂直に入射する。なお、図３においては、可動ミラー７４がＺ軸に対して４５°の角度で傾斜しており、可動ミラー７４からの計測光Ｌ１，Ｌ２の一部は、ハーフミラー７６でＺ軸と平行な方向に反射される。また、図３においては、光源７２と対物レンズ６２の間の、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上には、可動ミラー７４とハーフミラー７６のみが配置されているが、可動ミラー７４がＺ軸に対して４５°以外の角度で傾斜している場合にも、対物レンズ６２から射出される計測光Ｌ１，Ｌ２がウエハＷ上に形成された格子マークＧＭにほぼ垂直に入射するように、照射系７０が構成される。この場合、光源７２と対物レンズ６２の間の、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に、可動ミラー７４，ハーフミラー７６とは異なる、他の少なくとも１つの光学部材が配置されていても良い。ハーフミラー７６を通過（透過）した計測光Ｌ１、Ｌ２は、レンズ７７を介してビーム位置検出センサ７８に入射する。ビーム位置検出センサ７８は、例えばＰＤ（Photo Detector）アレイ、あるいはＣＣＤ（Charge Coupled
Device）などの光電変換素子を有しており、その結像面は、ウエハＷ表面と共役な面上に配置されている。
　ここで、光源７２から出射された計測光Ｌ１、Ｌ２のうち、計測光Ｌ１は、第１格子マークＧＭａ上に照射され、計測光Ｌ２は、第２格子マークＧＭｂ上に照射されるように、計測光Ｌ１、Ｌ２の間隔が設定されている（図２（ａ）参照）。そして、アライメント系５０では、可動ミラー７４の反射面の角度が変更されると、可動ミラー７４の反射面の角度に応じて格子マークＧＭａ、ＧＭｂ（ウエハＷ）上における計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれの入射（照射）位置が、スキャン方向（Ｙ軸方向）に変化する（図２（ａ）中の白矢印参照）。また、計測光Ｌ１、Ｌ２の格子マークＧＭ上の位置変化と連動して、ビーム位置検出センサ７８上における計測光Ｌ１、Ｌ２の入射位置も変化する。ビーム位置検出センサ７８の出力は、主制御装置３０（図３では不図示、図６参照）に供給される。主制御装置３０は、ビーム位置検出センサ７８の出力に基づいて、ウエハＷ上における計測光Ｌ１、Ｌ２の照射位置情報を求めることができる。
　対物光学系６０は、対物レンズ６２、検出器側レンズ６４、及び格子板６６を備えている。アライメント系５０では、対物光学系６０の直下に格子マークＧＭが位置した状態で、第１格子マークＧＭａに計測光Ｌ１が照射されると、第１格子マークＧＭａから発生した計測光Ｌ１に基づく複数の（白色光に含まれる複数波長の光に応じた複数の）±１次回折光±Ｌ３が対物レンズ６２に入射する。同様に、第２格子マークＧＭｂに計測光Ｌ２が照射されると、第２格子マークＧＭｂから発生した計測光Ｌ２に基づく複数の±１次回折光±Ｌ４が対物レンズ６２に入射する。±１次回折光±Ｌ３、±Ｌ４は、それぞれ対物レンズ６２を介して、対物レンズ６２の上方に配置された検出器側レンズ６４に入射する。検出器側レンズ６４は、±１次回折光±Ｌ３、±Ｌ４それぞれを、該検出器側レンズ６４の上方に配置された格子板６６上に集光させる。
　格子板６６には、図４に示されるように、Ｙ軸方向に延びる読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂが形成されている。読み出し用回折格子Ｇａは、格子マークＧＭａ（図２（ａ）参照）に対応する、β方向を周期方向とする透過型の回折格子である。読み出し用回折格子Ｇｂは、格子マークＧＭｂ（図２（ａ）参照）に対応する、α方向を周期方向とする透過型の回折格子である。なお、本実施形態においては、読み出し用回折格子Ｇａのピッチは、格子マークＧＭａのピッチと実質的に同じとなるように設定され、また、読み出し用回折格子Ｇｂのピッチは、格子マークＧＭｂのピッチと実質的に同じとなるように設定されている。
　図３に戻り、受光系８０は、検出器８４、格子板６６上に結像された回折光±Ｌ３、±Ｌ４に基づく像（干渉縞）に対応する光を検出器８４に導く光学系８６などを備えている。
　読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ（図４参照）上に結像した像（干渉縞）に対応する光は、光学系８６が有するミラー８６ａを介して検出器８４に導かれる。上述したように、本実施形態のアライメント系５０では、計測光Ｌ１、Ｌ２として白色光が用いられることに対応して、光学系８６は、分光プリズム８６ｂを有している。格子板６６からの光は、分光プリズム８６ｂを介して、例えば青、緑、及び赤の各色に分光される。検出器８４は、上記各色に対応して独立に設けられたフォトディテクタＰＤ１～ＰＤ３を有している。検出器８４が有するフォトディテクタＰＤ１～ＰＤ３それぞれの出力は、主制御装置３０（図３では不図示。図６参照）に供給される。
　フォトディテクタＰＤ１～ＰＤ３それぞれの出力からは、一例として、図５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３０（図６参照）は、上記信号の位相から、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれの位置を演算により求める。すなわち、本実施形態の露光装置１０（図１参照）では、アライメント系５０と主制御装置３０（それぞれ図６参照）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が構成されている。
　図３に戻り、主制御装置３０（図６参照）は、アライメント系５０を用いて格子マークＧＭの位置計測を行う際、格子マークＧＭ（すなわちウエハＷ）をアライメント系５０に対してＹ軸方向に駆動しつつ、可動ミラー７４を制御することにより、計測光Ｌ１、Ｌ２を、格子マークＧＭに追従させてＹ軸方向に走査する（図２（ａ）参照）。これにより、格子マークＧＭと格子板６６とがＹ軸方向に相対移動するので、計測光Ｌ１に基づく回折光同士の干渉、計測光Ｌ２に基づく回折光同士の干渉により、格子板６６が有する読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ上にそれぞれ干渉縞が結像する。格子板６６上に結像した干渉縞は、検出器８４により検出される。検出器８４の出力は、主制御装置３０に供給される。なお、図５に示される波形は、格子マークＧＭａ、ＧＭｂと読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ（図４参照）との相対移動に基づいて生成されるものであり、格子マークＧＭａ、ＧＭｂ上に照射される計測光Ｌ１、Ｌ２の位置とは無関係に生成される。従って、格子マークＧＭａ、ＧＭｂ（すなわちウエハステージ２２）ののＹ軸方向の駆動と計測光Ｌ１、Ｌ２のＹ軸方向の走査とは、必ずしも完全に同期（速度が厳密に一致）していなくても良い。
　図６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。この図６の制御系は、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３０を中心として構成されている。
　上記のように構成された露光装置１０（図１参照）では、まず、レチクルＲ及びウエハＷが、それぞれレチクルステージ１４及びウエハステージ２２上にロードされ、レチクルアライメント系１８（図６参照）を用いたレチクルアライメント、及びアライメント系５０を用いたウエハアライメント（例えばＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等）などの所定の準備作業が行われる。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書、米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書等に詳細に開示されている。また、これに続くＥＧＡについては、例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書等に詳細に開示されている。
　ここで、本実施形態において、主制御装置３０は、アライメント系５０を用いた格子マークＧＭの位置計測動作に先だって、ＡＦ系４０を用いてウエハＷの面位置情報を求める。そして、主制御装置３０は、上記面位置情報と、予めレイヤ毎に求められたオフセット値とに基づいてウエハテーブル２６のＺ軸方向の位置及び姿勢（θｘ方向及びθｙ方向の傾斜）を制御することにより、アライメント系５０の対物光学系６０を格子マークＧＭ上に合焦させる。なお、本実施形態において、オフセット値とは、アライメント系５０の信号強度（干渉縞のコントラスト）が最大となるようにウエハテーブル２６の位置及び姿勢を調整したときに得られるＡＦ系４０の計測値を意味する。このように、本実施形態では、アライメント系５０による格子マークＧＭの検出の直前に得られたウエハＷの面位置情報を用いて、ほぼリアルタイムでほぼリアルタイムでウエハテーブル２６の位置及び姿勢の制御（オートフォーカス制御）が行われる。なお、格子マークＧＭの位置計測と並行して、位置計測対象の格子マークＧＭからの光を受光し、ウエハＷの面位置検出を行っても良い。
　その後、主制御装置３０の管理の下、ウエハＷの第１番目のショット領域に対する露光のための加速開始位置にウエハステージ２２が駆動されるとともに、レチクルＲの位置が加速開始位置となるように、レチクルステージ１４が駆動される。そして、レチクルステージ１４と、ウエハステージ２２とがＹ軸方向に沿って同期駆動されることで、ウエハＷ上の第１番目のショット領域に対する露光が行われる。以後、ウエハＷ上のすべてのショット領域に対する露光が行われることで、ウエハＷの露光が完了する。
　以上説明した、本実施形態に係る露光装置１０が備えるアライメント系５０によれば、ウエハＷ（ウエハステージ２２）をＹ軸方向に移動させつつ、計測光Ｌ１、Ｌ２を格子マークＧＭ（それぞれ図３参照）に対してＹ軸方向に走査するので、該格子マークＧＭの位置計測動作を、例えばウエハステージ２２上にウエハＷをロードした後に行われる、ウエハステージ２２の露光開始位置への移動動作と並行して行うことができる。この場合、ウエハステージ２２をの移動経路上に予めアライメント系５０を配置しておくと良い。これにより、アライメント計測時間を短縮し、全体的なスループットを向上することができる。
　また、上記格子マークＧＭの位置計測時において、アライメント系５０は、格子マークＧＭが有する第１格子マークＧＭａに計測光Ｌ１を照射するとともに、格子マークＧＭｂに計測光Ｌ１とは異なる計測光Ｌ２を照射する。すなわち、本実施形態において、アライメント系５０は、周期方向が互いに異なる一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれに対応して、一対の計測光Ｌ１、Ｌ２を独立に照射する。これにより、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれの位置情報を並行して求めるので、格子マークＧＭａ、ＧＭｂの位置計測時間を短縮できる。従って、仮に格子マークＧＭａ、ＧＭｂの位置情報を順番に求める場合に比べてスループットの低下を抑制することができる。
　また、本実施形態では、周期方向が互いに異なる一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれが、計測光Ｌ１、Ｌ２の走査方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に並べて配置されていることから、仮に格子マークＧＭａ、ＧＭｂを走査方向に沿って並べる場合に比べて計測光Ｌ１、Ｌ２のストロークを短くすることができる。従って、計測時間の短縮が可能となりスループットを向上させることができる。また、計測光Ｌ１、Ｌ２のストロークが短いので、アライメント系５０の対物光学系６０の小型化が可能となる。
　また、本実施形態に係るアライメント系５０は、スキャン方向に移動するウエハＷ（格子マークＧＭ）に追従するように計測光を走査するので、長時間の計測が可能となる。このため、いわゆる出力の移動平均を取ることが可能なので、装置の振動の影響を低減できる。また、仮にアライメント系の受光系として画像センサ（例えばＣＣＤなど）を用いてラインアンドスペース状のマークを検出する場合、スキャン方向に移動するウエハＷに追従させて計測光を走査すると、スキャン方向に完全に平行なライン以外の像は、検出できない（像が潰れる）。これに対し、本実施形態では、格子マークＧＭからの回折光を干渉させることにより該格子マークＧＭの位置計測を行うので、確実にマーク検出を行うことができる。
　また、本実施形態に係るアライメント系５０は、検出器８４として、白色光である計測光Ｌ１，Ｌ２に対応して、例えば３つのフォトディテクタＰＤ１～ＰＤ３（それぞれ青色光、緑、赤用）を有している。このため、例えばウエハアライメントに先立ってウエハＷ上に形成された重ね合わせマーク（不図示）を白色光を用いて検出し、干渉縞のコントラストが最も高くなる光の色を予め求めておくことにより、上記例えば３つのフォトディテクタＰＤ１～ＰＤ３のうちの何れの出力をウエハアライメントに用いるのが最適であるかを決定することができる。
　なお、上記実施形態に係るアライメント系、及び該アライメント系を含む格子マークの検出システム並びに方法は、適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態では、図２（ａ）に示されるように、一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれに対応する一対の計測光Ｌ１、Ｌ２が照射されたが、これに限らず、例えば図２（ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に延びる（幅広な）単一の計測光Ｌ１を一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂに照射しても良い。この場合、単一の計測光Ｌ１は、Ｘ軸方向に関して、格子マークＧＭａの少なくとも一部、及び格子マークＧＭｂの少なくとも一部を含む領域を照明可能な照明領域を有している。なお、単一の計測光Ｌ１は、Ｘ軸方向に関して、格子マークＧＭａの全部、及び格子マークＧＭｂの全部を含む領域を照明しても良い。
　また、上記実施形態では、図２（ａ）に示されるように、一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂがＸ軸方向に沿って配列されたが、これに限らず、例えば図２（ｃ）に示されるように、一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂがＹ軸方向に沿って配列されても良い。この場合、アライメント計測は、ウエハＷ（格子マークＧＭ）をＸ軸方向に移動させる（図２（ｃ）の黒矢印参照）とともに、計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれをＸ軸方向に走査するようにアライメント系を構成すると良い。
　また、上記実施形態における格子マークＧＭａ、ＧＭｂは、格子線がＸ軸及びＹ軸に対して、例えば４５°の角度を成していたが、これに限らず、ウエハＷには、例えば図７（ａ）に示されるような、Ｙ軸方向を周期方向とする格子マークＧＭｙとＸ軸方向を周期方向とする格子マークＧＭｘとを含む格子マークＧＭが形成されていることがある。
　この場合、図７（ｂ）に示されるように、ウエハＷ（格子マークＧＭ）をＺ軸周りに所定の角度θ（角度θは特に限定されない。ただし、０°＜θ＜９０°）回転させた状態で、ウエハＷをＹ軸方向に移動させると良い。アライメント系５０（図７（ｂ）では不図示。図３参照）は、計測光Ｌ１を格子マークＧＭｘに照射するとともに、計測光Ｌ２を格子マークＧＭｙに照射しつつ、該計測光Ｌ１、Ｌ２をＹ軸方向に走査する。これにより、上記実施形態と同様に格子マークＧＭのＸＹ平面内の位置情報を求めることができる。
　また、上記実施形態において、アライメント系５０から出射した計測光Ｌ１、Ｌ２は、格子マークＧＭに対して垂直に入射する構成であったが、これに限らず、格子マークＧＭに対して所定の角度を成して（すなわち斜めに）入射しても良い。例えば図８（ａ）に示されるように、格子ピッチｐの格子マークＧＭに対して入射角θ１で波長λの計測光Ｌを入射させた場合、格子マークＧＭからは回折角θ２の回折光Ｌ’が発生する。ここで、λ／ｐ＝ｓｉｎ（θ１）＋ｓｉｎ（θ２）が成り立つことから、図８（ａ）に示される斜入射方式とすることにより、開口数ＮＡが同じ光学系であっても、計測光Ｌを格子マークＧＭに垂直に入射させる場合に比べ、より細かいピッチの格子マークＧＭの位置計測を行うことができる。
　ここで、上記実施形態では、格子マークＧＭからの一対の回折光を干渉させることにより格子マークＧＭの位置計測を行うことから、図８（ａ）に示される斜射入射方式を用いる場合にも、図８（ｂ）に示されるように、格子マークＧＭ（図８（ａ）参照）の直交２軸方向の位置計測を行うために、合計で４方向から計測光Ｌを格子マークＧＭに照射する。ここで、図８（ｂ）は、対物レンズ６２の瞳面での像（光の方向）を示す図である。上述したように、本実施形態の格子マークＧＭ（図２参照）は、Ｘ軸及びＹ軸に、例えば４５°の方向を成すα又はβ方向を周期方向とするため、計測光Ｌの入射方向、及び回折光Ｌ’の出射方向も同様に、α又はβ方向となる。なお、計測対象の格子マークの周期方向は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な方向であっても良く、この場合には、図８（ｃ）に示されるように、計測光ＬをＸ軸及びＹ軸に平行な方向に入射させる。この場合、回折光Ｌ’Ｘ軸及びＹ軸に平行な方向に出射する。
　また、上記実施形態のアライメント系５０の受光系８０は、分光プリズム８６ｂにより、白色光を分光したが、これに限らず、図９に示される受光系３８０のように、複数の分光フィルタ３８６を用いて白色光を、各色（例えば、青、緑、黄、赤、赤外光）に対応して配置されたフォトディテクタＰＤ１～ＰＤ５に向けて分光しても良い。
　また、上記実施形態では、計測光Ｌ１、Ｌ２として白色光が用いられたが、これに限らず、例えば互いに波長の異なる複数の光を用いても良い。
　また、上記実施形態において、アライメント系５０は、レチクルパターンとウエハとの位置合わせ（ファインアライメント）を行うための格子マークを検出するのに用いられたが、これに限らず、例えばウエハステージ２２上にウエハＷをロードした直後に、該ウエハＷに形成されたサーチマーク（格子マークＧＭａ、ＧＭｂよりも線幅が太く且つピッチが粗い格子マーク）を検出するのに用いても良い。
　また、アライメント系５０の配置、及び数は、適宜変更が可能であり、例えば複数のアライメント系５０が、Ｘ軸方向に所定間隔で配置されていても良い。この場合、Ｘ軸方向の位置が異なる複数のショット領域に形成された格子マークを同時に検出することができる。また、この場合、複数のアライメント系５０のうちの一部がＸ軸方向に微小ストロークで移動可能に構成されても良い。この場合、ひとつのショット領域内に形成されたＸ軸方向に位置の異なる複数の格子マークを検出することができる。
　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、あるいはＦ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第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、例えばエルビウム（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以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良く、例えば、軟Ｘ線領域（例えば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、上記実施形態の露光装置における投影光学系は、縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬ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、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書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、例えば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、露光装置としては、例えば米国特許第８，００４，６５０号明細書に開示されるような、投影光学系と露光対象物体（例えばウエハ）との間に液体（例えば純水）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も上記実施形態は適用することができる。
　また、例えば米国特許出願公開第２０１０／００６６９９２号明細書に開示されるような、ウエハステージを２つ備えた露光装置にも、上記実施形態は適用することができる。
　また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号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、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書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、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、又は有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシンあるいは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、あるいは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。
　なお、これまでの記載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。
　以上説明したように、本発明の計測装置及び計測方法は、格子マークを検出するのに適している。また、本発明の露光装置及び露光方法は、物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。
　１０…露光装置、１４…レチクルステージ、２０…ウエハステージ装置、３０…主制御装置、５０…アライメント系、ＧＭ…格子マーク、Ｗ…ウエハ。

Claims (26)

  1. 　物体上に設けられた互いに周期方向が異なる第１格子マーク及び第２格子マークの位置情報を計測する計測装置であって、
    　前記物体が前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの前記周期方向とは異なる方向である所定の走査方向に移動する際に、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対して計測光を前記走査方向に走査しつつ対物レンズを介して照射する照射系、及び前記計測光の前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を前記対物レンズを介して受光する受光系を有するマーク検出系と、
    　前記受光系による前記回折光の受光結果に基づいて前記第１格子マーク及び前記第２格子マークの位置情報を求める演算処理系と、を備える計測装置。
  2. 　前記第１格子マーク及び前記第２格子マークは、前記走査方向と交差する方向に隣接して配置される請求項１に記載の計測装置。
  3. 　前記マーク検出系は、前記第１格子マーク上に第１計測光を照射するとともに、前記第２格子マーク上に前記第１計測光とは異なる第２計測光を照射する請求項１又は２に記載の計測装置。
  4. 　前記マーク検出系は、前記第１計測光及び前記第２計測光を同期して前記走査方向に走査する請求項３に記載の計測装置。
  5. 　前記物体は所定の２次元平面に平行に移動可能であり、
    　前記マーク検出系は、前記第１格子マークの格子線に直交する平面内において第１の入射角で前記第１計測光を照射するとともに、前記第２マークの格子線に直交する平面内において第２の入射角で前記第２計測光を照射する請求項３又は４に記載の計測装置。
  6. 　前記第１の入射角及び前記第２の入射角が同じである請求項５に記載の計測装置。
  7. 　前記マーク検出系は、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対し、前記第１格子マークの少なくとも一部及び前記第２格子マークの少なくとも一部を含む領域を照明可能な照明領域を有する計測光を照射する請求項１又は２に記載の計測装置。
  8. 　前記第１格子マークの周期方向と前記第２格子マークの周期方向とは、互いに直交し、
    　前記走査方向は、記第１格子マークの周期方向及び前記第２格子マークの周期方向に対して４５°の角度を成す方向である請求項１～７のいずれか一項に記載の計測装置。
  9. 　第１の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系と、
    　前記マーク検出系の検出結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系と、を備える計測装置。
  10. 　前記対物光学素子は、前記格子マークで生成された回折光を前記受光系に向けて偏向する対物レンズである請求項９に記載の計測装置。
  11. 　請求項１～１０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位置を制御する位置制御装置と、
    　前記物体に対してエネルギビームを照射し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。
  12. 　請求項１～１０のいずれか一項に記載の計測装置を備え、
    　前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御しながら、前記物体にエネルギビームを照射して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置。
  13. 　物体にエネルギビームを照射して、前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、
    　第１の方向に移動する前記物体に設けられた前記第１の方向と異なりかつ互いに異なる周期方向をそれぞれ有する第１格子マーク及び第２格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ対物レンズを介して照射する照射系と、前記計測光の前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を前記対物レンズを介して受光する受光系と、を有するマーク検出系を備え、
    　前記マーク検出系の検出結果に基づいて、前記物体の位置が制御される露光装置。
  14. 　請求項１１～１３のいずれか一項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。
  15. 　物体上に設けられた互いに周期方向が異なる第１格子マーク及び第２格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、
    　前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの前記周期方向とは異なる方向である所定の走査方向に前記物体を移動させることと、
    　前記物体が前記走査方向に移動する際に、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対して計測光を前記走査方向に走査しつつ対物レンズを介して照射することと、
    　前記計測光の前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を前記対物レンズを介して受光することと、
    　前記回折光の受光結果に基づいて前記第１格子マーク及び前記第２格子マークの位置情報を求めることと、を含む計測方法。
  16. 　前記第１格子マーク及び前記第２格子マークは、前記走査方向と交差する方向に隣接して配置される請求項１５に記載の計測方法。
  17. 　前記照射することでは、前記第１格子マーク上に第１計測光を照射するとともに、前記第２格子マーク上に前記第１計測光とは異なる第２計測光を照射する請求項１５又は１６に記載の計測方法。
  18. 　前記照射することでは、前記第１計測光及び前記第２計測光を同期して前記走査方向に走査する請求項１７に記載の計測方法。
  19. 　前記物体は所定の２次元平面に平行に移動可能であり、
    　前記照射することでは、前記第１格子マークの格子線に直交する平面内において第１の入射角で前記第１計測光を照射するとともに、前記第２格子マークの格子線に直交する平面内において第２の入射角で前記第２計測光を照射する請求項１７又は１８に記載の計測方法。
  20. 　前記第１の入射角及び前記第２の入射角が同じである請求項１９に記載の計測方法。
  21. 　前記照射することでは、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対し、前記第１格子マークの少なくとも一部及び前記第２格子マークの少なくとも一部を含む領域を照明可能な照明領域を有する計測光を照射する請求項１５に記載の計測方法。
  22. 　前記第１格子マークの周期方向と前記第２格子マークの周期方向とは、互いに直交し、
    　前記走査方向は、記第１格子マークの周期方向及び前記第２格子マークの周期方向に対して４５°の角度を成す方向である請求項１５～２１のいずれか一項に記載の計測方法。
  23. 　物体上に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、
    　第１の方向に前記物体を移動させることと、
    　前記物体が前記第１の方向に移動する際に、前記格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ対物光学系を介して照射することと、
    　前記計測光の前記格子マークからの回折光を前記対物光学系を介して受光系で受光することと、
    　前記受光系の受光結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求めることと、を含む計測方法。
  24. 　前記対物光学素子は、前記格子マークで生成された回折光を前記受光系に向けて偏向する対物レンズである請求項２３に記載の計測方法。
  25. 　請求項１５～２４のいずれか一項に記載の計測方法を用いて物体に設けられた格子マークの位置情報を計測することと、
    　計測された前記格子マークの前記位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ、前記物体をエネルギビームで露光することと、を含む露光方法。
  26. 　請求項２５に記載の露光方法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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