JP6118030B2 - 測定装置、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体デバイスを製造する際に、レチクル（マスク）のパターンを、投影光学系を介して、ウエハ等の基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。露光装置では、基板を保持したステージを移動させて基板上のショット領域を変えながらパターンの転写を繰り返している。従って、レチクルのパターンを基板上のショット領域に正確に転写するためには、基板を保持するステージの位置決めを高精度に行う必要がある。ステージの位置決めに関する技術については、従来から幾つか提案されている（特許文献１乃至３参照）。

特許文献１には、回折格子の干渉原理を用いてステージの位置を測定する技術が提案されている。特許文献２には、光学式変位センサなどを用いてステージの２軸方向の変位を同時に測定する技術が提案されている。特許文献３には、回折格子の干渉原理及び干渉計を並列に用いてステージの位置を測定する技術が提案されている。

特開平７−２７０１２２号公報 特開平６−３４１８６１号公報 特開２００９−３３１６５号公報

しかしながら、従来技術では、回折格子の指標を描画する際の描画誤差や回折格子を取り付けする際の取り付け誤差などに起因して、ステージの位置を測定する際に測定誤差が発生する問題がある。また、回折格子の温度分布変化や経時変化に伴う回折格子の歪みに起因して、ステージの位置を測定する際に測定誤差が発生する問題もある。

そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、物体の位置の測定に有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、第１物体に対する第２物体の相対的な位置を測定する測定装置であって、前記第１物体に設けられた回折格子と、前記第２物体に設けられた第１ヘッド及び第２ヘッドとを含み、前記第１ヘッド又は前記第２ヘッドで前記第１物体に対する前記第２物体の相対的な位置を測定する測定部と、前記第２物体に設けられた複数のアライメントマークを検出することで前記第２物体の位置を測定するアライメントスコープと、前記測定部で測定した前記相対的な位置を補正する処理を行う処理部と、を有し、前記複数のアライメントマークが設けられた領域における前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの配列方向の長さは、前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとの間の距離以上であり、前記処理部は、前記アライメントスコープが前記複数のアライメントマークのそれぞれを検出するように前記第２物体を位置決めして前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドのそれぞれで前記回折格子上の位置を検出する検出処理と、前記検出処理において前記第１ヘッド又は前記第２ヘッドで検出された前記回折格子上の位置を基準位置として、前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドのうち一方のヘッドで以前に検出された前記回折格子上の位置を他方のヘッドの視野の中心に位置決めした状態で前記一方のヘッドで以前に検出された前記回折格子上の位置とは別の位置を前記一方のヘッドで検出する処理を前記一方のヘッドが前記回折格子の全面を検出するまで繰り返して前記回折格子の変形量を求める第１処理と、前記回折格子の変形量に基づいて、前記測定部で測定した前記相対的な位置を補正する第２処理と、を行うことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、物体の位置の測定に有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 基板ステージと、回折格子と、第１ヘッドと、第２ヘッドと、アライメント用プレートとの位置関係を示す図である。 基板ステージが所定の位置に位置している状態において、回折格子と、第１ヘッドと、第２ヘッドとの位置関係を示す図である。 アライメントスコープがアライメントマークを検出している状態において、回折格子と、第１ヘッドと、第２ヘッドとの位置関係を示す図である。 アライメントスコープがアライメントマークを検出している状態において、回折格子と、第１ヘッドと、第２ヘッドとの位置関係を示す図である。 回折格子の全面を検出する際において、回折格子と、第１ヘッドと、第２ヘッドとの位置関係を示す図である。 アライメント用プレートの構成の一例を示す図である。 第１ヘッドと第２ヘッドとの間の距離の設計距離からのずれ量に起因する誤差を低減する処理を説明するための図である。 干渉計を用いて、アライメントマークの理想位置からのずれ量を検出する場合を説明するための図である。 干渉計が基板ステージの位置を測定している状態において、回折格子と、第１ヘッドと、第２ヘッドとの位置関係を示す図である。 回折格子の全面を検出する際において、回折格子と、第１ヘッドと、第２ヘッドとの位置関係を示す図である。 回折格子の構成の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、レチクル（マスク）１０２を照明光学系１０１で照明し、投影光学系１０３を介して、基板ステージ１０４に保持された基板１０５を露光する投影露光装置である。

投影光学系１０３は、レチクルステージ１０６に保持されたレチクル１０２のパターンを、ウエハや液晶基板などの基板１０５に投影する。装置基準を規定する基準フレーム１０７は、投影光学系１０３を支持する。マウント１０８は、基準フレーム１０７の制振機能及び床振動に対する除振機能を有する。基板ステージ１０４は、基板１０５を保持する。ステージ定盤１０９は、基板ステージ１０４を支持する。

測定部（第１測定部）１１０は、回折格子の干渉原理を用いて、第１物体としての基準フレーム１０７に対する第２物体としての基板ステージ１０４の相対的な位置を測定する。測定部１１０は、本実施形態では、回折格子１１１ａ〜１１１ｄと、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄとを含む。回折格子１１１ａ〜１１１ｄは、基準フレーム１０７（の下面）に設けられ（固定され）、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄは、基板ステージ１０４に設けられる（固定される）。但し、回折格子１１１ａ〜１１１ｄを基板ステージ１０４に設け、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄを基準フレーム１０７に設けてもよい。回折格子１１１ａ〜１１１ｄには、指標（目盛）が等間隔で高精度に形成されている。第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄは、回折格子１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれに対向して配置されている。

アライメントスコープ（第２測定部）１１４は、測定部１１０とは別体で構成され、基板ステージ１０４に固定されたアライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマークを検出することで基板ステージ１０４の位置を測定する。なお、本実施形態では、アライメント用プレート１１５に形成されるアライメントマークは、互いに直交する２つの方向の座標（位置）を同時に検出することができるマークを想定している。但し、アライメント用プレート１１５に形成されるアライメントマークは、１つの方向の座標（位置）のみを検出することができるマークであってもよい。

制御部１１６は、ＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置１００の全体（動作）を制御する。例えば、制御部１１６は、測定部１１０の測定結果やアライメントスコープ１１４の測定結果などを用いて基板ステージ１０４の駆動を制御し、基板ステージ１０４の位置決めを行う位置決め機構として機能する。また、基板ステージ１０４の位置決めにおいて、制御部１１６は、後述するように、基準フレーム１０７に対する基板ステージ１０４の相対的な位置を求める処理を行う処理部として機能する。

以下、露光装置１００における基板ステージ１０４の位置決めに関連する処理について説明する。図２は、基板ステージ１０４と、回折格子１１１ａ〜１１１ｄと、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄと、第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄと、アライメント用プレート１１５との位置関係の一例を示す図である。

図２に示すように、第１ヘッド１１２ａと第２ヘッド１１３ａとの間の間隔（距離）、第１ヘッド１１２ｃと第２ヘッド１１３ｃとの間の間隔は、Ｘ軸方向にｄ、Ｙ軸方向にゼロである。また、第１ヘッド１１２ｂと第２ヘッド１１３ｂとの間の間隔、第１ヘッド１１２ｄと第２ヘッド１１３ｄとの間の間隔は、Ｘ軸方向にゼロ、Ｙ軸方向にｄである。アライメント用プレート１１５には、アライメントスコープ１１４で検出可能な複数のアライメントマーク（指標の検出基準位置）１１５ａ〜１１５ｉがＸ軸方向及びＹ軸方向に等間隔で形成されている。

アライメント用プレート１１５において、左端に形成されたアライメントマーク１１５ａと右端に形成されたアライメントマーク１１５ｃとの間の間隔（距離）は、本実施形態ではｄであるが、ｄ以上であればよい。同様に、アライメント用プレート１１５において、上端に形成されたアライメントマーク１１５ａと下端に形成されたアライメントマーク１１５ｇとの間の間隔は、本実施形態ではｄであるが、ｄ以上であればよい。

第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ、第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄ及びアライメント用プレート１１５は、ゼロデュア（登録商標）やインバーなどの低熱膨張部材で基板ステージ１０４に一体的に固定されている。第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ、第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄ及びアライメント用プレート１１５のそれぞれの間の間隔は常に保証され、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量を求める際の基準となる。ここで、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量とは、回折格子１１１ａ〜１１１ｄに描画された指標の描画誤差、基準フレーム１０７に対する回折格子１１１ａ〜１１１ｄの取り付け誤差、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの歪みなどに起因する相対誤差量である。

回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量を求める処理（第１処理）について説明する。本実施形態では、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの仕様は、２次元型のインクリメンタル方式とする。但し、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの仕様として、アブソリュート方式を採用してもよい。

まず、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの原点位置を第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで検出するために、図３に示すように、基板ステージ１０４を所定の位置に駆動する。所定の位置は、例えば、突き当てによって規定される。回折格子１１１ａ〜１１１ｄには、原点位置を識別可能な識別子ＯＰａ〜ＯＰｄが形成されている。基板ステージ１０４が所定の位置に位置している状態において、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄのそれぞれで対応する識別子ＯＰａ〜ＯＰｄを検出することによって、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの原点位置を検出する。

次いで、アライメント用プレート１１５がアライメントスコープ１１４の測定位置ＭＰに位置するように基板ステージ１０４を駆動する。例えば、図４（ａ）に示すように、アライメント用プレート１１５に形成された複数のアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉのうちアライメントマーク１１５ａがアライメントスコープ１１４の測定位置ＭＰに位置するように基板ステージ１０４を駆動する。そして、アライメントスコープ１１４でアライメントマーク１１５ａを検出する。この際、アライメントスコープ１１４で検出されるアライメントマーク１１５ａの位置（即ち、基板ステージ１０４の位置）を基準位置として、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのそれぞれで回折格子１１１ｃの座標（回折格子上の位置）を検出する。上述したように、アライメント用プレート１１５には、複数のアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉが形成されている。同様に、図４（ｂ）乃至図４（ｄ）に示すように、アライメントマーク１１５ｂ〜１１５ｉのそれぞれをアライメントスコープ１１４で順次検出しながら、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのそれぞれで回折格子１１１ｃの座標を検出する。例えば、図４（ｂ）は、アライメントマーク１１５ｄをアライメントスコープ１１４で検出しながら、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのそれぞれで回折格子１１１ｃの座標を検出している状態を示している。図４（ｃ）は、アライメントマーク１１５ｇをアライメントスコープ１１４で検出しながら、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのそれぞれで回折格子１１１ｃの座標を検出している状態を示している。図４（ｄ）は、アライメントマーク１１５ｉをアライメントスコープ１１４で検出しながら、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのそれぞれで回折格子１１１ｃの座標を検出している状態を示している。また、図４（ａ）乃至図４（ｄ）では、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃで検出された回折格子１１１ｃの座標を黒丸（ドット）で示している。

なお、図４（ａ）乃至図４（ｄ）では、アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉのそれぞれをアライメントスコープ１１４で順次検出しながら、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのそれぞれで回折格子１１１ｃの座標を検出すると説明した。但し、実際には、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１ヘッド１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｄ、及び、第２ヘッド１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｄのそれぞれでも対応する回折格子１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄの座標を検出する。即ち、アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉのそれぞれをアライメントスコープ１１４で順次検出しながら、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで対応する回折格子１１１ａ乃至１１１ｄの座標を検出する。図５（ａ）は、アライメントマーク１１５ａをアライメントスコープ１１４で検出しながら、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで対応する回折格子１１１ａ乃至１１１ｄの座標を検出している状態を示している。図５（ｂ）は、アライメントマーク１１５ｉをアライメントスコープ１１４で検出しながら、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで対応する回折格子１１１ａ乃至１１１ｄの座標を検出している状態を示している。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）では、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで検出された回折格子１１１ａ〜１１１ｄの座標を黒丸（ドット）で示している。

次に、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのうち一方のヘッドで検出された回折格子１１１ｃの座標を他方のヘッドで検出できるように基板ステージ１０４を駆動する。例えば、図６（ａ）に示すように、第２ヘッド１１３ｃで以前に検出された回折格子１１１ｃの座標を第１ヘッド１１２ｃの視野の中心に位置決めした状態で、第２ヘッド１１３ｃで回折格子１１１ｃの座標を検出する。この際、第２ヘッド１１３ｃで検出される座標は、第２ヘッド１１３ｃで以前に検出された回折格子１１１ｃの座標とは別の座標（位置）である。ここで、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのみでは、図６（ｄ）以降の回折格子１１１ｃの座標（Ｚ方向）を検出することができない。但し、実際には、他の第１ヘッド１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｄ、他の第２ヘッド１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｄも同時に回折格子の座標を検出している。例えば、第１ヘッド１１２ｂ及び第２ヘッド１１３ｂで回折格子１１１ｂの座標を検出する際には、他の第１ヘッド及び第２ヘッドで回折格子１１１ａ、１１１ｃ及び１１１ｄの座標も同時に検出している。これにより、図６（ｄ）以降の回折格子１１１ｃの座標も検出することができる。

このような処理を繰り返して、図６（ｂ）乃至図６（ｅ）に示すように、回折格子１１１ｃの全面（の座標）を検出する（即ち、回折格子１１１ｃの全面を検出するまで処理を繰り返す）。図６（ｂ）乃至図６（ｅ）では、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃで検出された回折格子１１１ｃの座標を黒丸（ドット）で示している。かかる検出結果から回折格子１１１ｃの変形量を求めることができる。なお、図６（ａ）乃至図６（ｅ）では、回折格子１１１ｃの変形量を求めることについて説明した。但し、実際には、第１ヘッド１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｄ、及び、第２ヘッド１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｄを用いて、回折格子１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄについても同様な処理を行う。これにより、回折格子１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄのそれぞれの変形量を求めることができる。

基板ステージ１０４の位置決めの際には、まず、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量に基づいて、測定部１１０で測定された基準フレーム１０７に対する基板ステージ１０４の相対的な位置を補正する処理（第２処理）を行う。これにより、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形に起因する測定部１１０の測定誤差を低減させることができ、基板ステージ１０４の位置決めを高精度に行うことが可能となる。

アライメント用プレート１１５は、図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示すように、基板ステージ１０４における位置や寸法を変更することが可能である。上述した処理で回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量を求める場合には、実際には、アライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉやアライメントスコープ１１４に起因する誤差が含まれてしまう。従って、アライメントスコープ１１４で検出されたアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの位置を基準位置とする計測を繰り返すと、誤差が累積（増大）してしまう。このような誤差を低減させるためには、例えば、図７（ａ）に示すように、アライメント用プレート１１５を配置すればよい。図７（ａ）では、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで回折格子上の座標（位置）を検出する際の初期検出位置が回折格子上のＸ座標の中央付近となるようにアライメント用プレート１１５を配置している。そして、Ｘ座標の正方向又は負方向の回折格子上の座標を検出する際には、Ｘ座標の中央付近における初期検出位置を基準にする。これにより、初期検出位置からのＸ座標の正方向又は負方向への計測の繰り返し回数を減少することが可能となり、累積される誤差を低減することができる。また、図７（ｂ）に示すように、アライメント用プレート１１５の寸法を拡大させたり、図７（ｃ）に示すように、複数のアライメント用プレート１１５を用いたりしても、累積される誤差を低減することができる。

また、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄと第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄとの間の距離が設計距離からずれている場合もある。このような場合には、上述した処理で求められる回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量に、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄと第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄとの間の距離の設計距離からのずれ量に起因する誤差が含まれてしまう。かかる誤差を低減する処理を図８（ａ）乃至図８（ｃ）を参照して説明する。なお、ここでは、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄと第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄとの間の距離が１軸方向（Ｘ軸方向）のみにずれている場合を例に説明する。

図８（ａ）に示すように、第１ヘッド１１２ａと第２ヘッド１１３ａとの間の距離はｄ、アライメント用プレート１１５に形成された隣接するアライメントマーク間の距離はｄ／Ｎ（Ｎは、任意の自然数）である。また、右端に形成されたアライメントマークと左端に形成されたアライメントマークとの間の距離は、Ｌ３（ｄ以上）である。従って、アライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマークは、第１ヘッド１１２ａと第２ヘッド１１３ａとの間の距離ｄと等しい距離で形成された第１アライメントマーク１１５ｍと第２アライメントマーク１１５ｎを含んでいる。

まず、図８（ａ）に示すように、アライメントスコープ１１４が第１アライメントマーク１１５ｍを検出するように基板ステージ１０４を位置決めして第２ヘッド１１３ａで回折格子１１１ａの座標（位置）を検出する（第３処理）。

次いで、図８（ｂ）に示すように、第１アライメントマーク１１５ｍの左隣に形成されたアライメントマークをアライメントスコープ１１４で順次検出していく。そして、アライメントスコープ１１４が第２アライメントマーク１１５ｎを検出するように基板ステージ１０４を位置決めして第１ヘッド１１２ａで回折格子１１１ａの座標（位置）を検出する（第４処理）。なお、図８（ｂ）では、実際には、水平方向のみに移動させる基板ステージ１０４の位置を、下方向にも移動させて図示している。

次に、第１アライメントマーク１１５ｍの検出時に第２ヘッド１１３ａで検出した回折格子１１１ａの座標と第２アライメントマーク１１５ｎの検出時に第１ヘッド１１２ａで検出した回折格子１１１ａの座標との差分を求める。そして、かかる差分を第１ヘッド１１２ａと第２ヘッド１１３ａとの間の距離の設計距離からのずれ量とする（第５処理）。なお、第１ヘッド１１２ｂ〜１１２ｄと第２ヘッド１１３ｂ〜１１３ｄとの間の距離の設計距離からのずれ量も同様にして求めることができる。

第１ヘッド１１２ａと第２ヘッド１１３ａとの間の距離は、理想的には、ｄ（設計距離）であるが、実際には、設計距離からΔｄずれている。通常、設計距離からのずれ量Δｄは非常に小さい値であるため、回折格子１１１ａが変形していたとしても、ずれ量Δｄを検出する際の誤差量は極めて小さくなる。

基板ステージ１０４の位置決めの際には、まず、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量、及び、ずれ量Δｄに基づいて、測定部１１０で測定された基準フレーム１０７に対する基板ステージ１０４の相対的な位置を補正する。これにより、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形や設計距離からのずれ量に起因する測定部１１０の測定誤差を低減させることができ、基板ステージ１０４の位置決めを高精度に行うことが可能となる。

なお、図８（ｃ）に示すように、回折格子上の異なる複数の座標（位置）の検出結果から２つのヘッド間の距離の設計距離からのずれ量を求めることで、回折格子の変形に起因する誤差が低減され、設計距離からのずれ量をより高精度に求めることができる。

また、アライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉが理想位置からずれている場合もある。このような場合には、図９に示すように、干渉計１１８ａ及び１１８ｂを用いて、アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの理想位置からのずれ量を検出すればよい。

干渉計１１８ａ及び１１８ｂは、基準フレーム１０７に設けられ（固定され）、測定軸を通過して基板ステージ１０４に設けられた干渉計ミラー１１９ａ及び１１９ｂで反射され、測定軸を戻ってくる光を検出して基板ステージ１０４の位置を検出する。但し、上述したように、干渉計１１８ａ及び１１８ｂは、アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの理想位置からのずれ量を検出する検出部としても機能する。温度、気温、湿度が一定に維持（管理）された空間においては、干渉計１１８ａ及び１１８ｂのそれぞれの精度は、測定軸の光路長Ｌ１及びＬ２に比例する。従って、干渉計１１８ａ及び１１８ｂは、光路長Ｌ１及びＬ２が短ければ短いほど、アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの理想位置からのずれ量を高精度に検出することができる。

アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの理想位置からのずれ量を検出する際には、まず、アライメントスコープ１１４でアライメントマークを検出できる位置に基板ステージ１０４を駆動する。かかる位置は、設計上のアライメントマークの位置（理想位置）に基づいて決定される。次いで、アライメントスコープ１１４でアライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉのそれぞれを検出する。この際、アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの理想位置からのずれ量を干渉計１１８ａ及び１１８ｂで検出する。そして、アライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの理想位置からのずれ量に基づいてアライメントスコープ１１４で検出したアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの位置（即ち、基板ステージ１０４の位置）を補正した補正位置を基準位置とする。これにより、アライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマーク間の相対位置が理想的な相対位置からずれている場合であっても、回折格子上の座標（位置）を高精度に検出することが可能となる。

また、これまでは、アライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｉの位置を基準位置とする場合について説明したが、干渉計１１８ａ及び１１８ｂで測定された基板ステージ１０４の位置を基準位置とすることも可能である。換言すれば、アライメント用プレート１１５を用いることなく、光路長Ｌ１及びＬ２が十分に短くなる範囲で測定された基板ステージ１０４の位置を基準位置とすることができる。

光路長Ｌ１及びＬ２が十分に短くなる位置に基板ステージ１０４が位置決めされている場合、干渉計１１８ａ及び１１８ｂの精度は、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄの精度と同等又はそれ以上となる。この場合、干渉計１１８ａ及び１１８ｂの測定範囲が第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄと第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄとの間の距離ｄ以上であれば、上述した処理によって、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの全面の座標（位置）を高精度に検出することができる。

具体的には、まず、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの原点位置を第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで検出する。次いで、干渉計１１８ａ及び１１８ｂで基板ステージ１０４の位置を測定しながら、予め決められた規定位置に基板ステージ１０４を駆動する。かかる規定位置は、光路長Ｌ１及びＬ２が十分に短くなる基板ステージ１０４の位置である。この状態において、干渉計１１８ａ及び１１８ｂで測定される基板ステージ１０４の位置を基準位置として、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで対応する回折格子１１１ａ〜１１１ｄの座標（位置）を検出する。そして、干渉計１１８ａ及び１１８ｂで基板ステージ１０４の位置を測定しながら基板ステージ１０４を順次駆動して、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで対応する回折格子１１１ａ〜１１１ｄの座標を検出する。図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は、干渉計１１８ａ及び１１８ｂで基板ステージ１０４の位置を測定しながら、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのそれぞれで回折格子１１１ｃの座標を検出している状態を示している。図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）では、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃで検出された回折格子１１１ｃの座標を黒丸（ドット）で示している。

次に、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃのうち一方のヘッドで検出された回折格子１１１ｃの座標を他方のヘッドで検出できるように基板ステージ１０４を駆動する。例えば、図１１（ａ）に示すように、第２ヘッド１１３ｃで以前に検出された回折格子１１１ｃの座標を第１ヘッド１１２ｃの視野の中心に位置決めした状態で、第２ヘッド１１３ｃで回折格子１１１ｃの座標を検出する。この際、第２ヘッド１１３ｃで検出される座標は、第２ヘッド１１３ｃで以前に検出された回折格子１１１ｃの座標とは別の座標（位置）である。図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）に示すように、このような処理を繰り返すことで、回折格子１１１ｃの全面（の座標）を検出する（即ち、回折格子１１１ｃの全面を検出するまで処理を繰り返す）。図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）では、第１ヘッド１１２ｃ及び第２ヘッド１１３ｃで検出された回折格子１１１ｃの座標を黒丸（ドット）で示している。かかる検出結果から回折格子１１１ｃの変形量を求めることができる。なお、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）、及び、図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）では、回折格子１１１ｃの変形量を求めることについて説明した。但し、実際には、第１ヘッド１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｄ、及び、第２ヘッド１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｄを用いて、回折格子１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄについても同様な処理を行う。これにより、回折格子１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄのそれぞれの変形量を求めることができる。

また、回折格子１１１ａ〜１１１ｄは、図１２に示すように、切り欠き部１２０ａ〜１２０ｄを有していてもよい。切り欠き部１２０ａ〜１２０ｄを有する回折格子１１１ａ〜１１１ｄであっても、上述した処理によって、回折格子１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれの変形量を求めることができる。

また、露光装置１００は、基板ステージ１０４と基板ステージ１０４に設けられた第１ヘッド及び第２ヘッドに対応する回折格子１１１ａ〜１１１ｄとのセットを複数有する場合もある。例えば、露光装置１００が基板ステージ１０４と基板ステージ１０４に設けられた第１ヘッド及び第２ヘッドに対応する回折格子１１１ａ〜１１１ｄとのセットを２つ有する構成、所謂、ツインステージの構成を有する場合について考える。

ツインステージの構成では、一般的に、計測ステーションにてアライメント処理を行い、露光ステーションで露光処理を行うことが多く、２つの基板ステージは、各ステーション間をスワップ移動する。２つの基板ステージに設けられた第１ヘッドと、第２ヘッドと、アライメント用プレートとの位置関係、及び、２つの基板ステージに設けられたアライメント用プレートに形成されたアライメントマークの位置関係は、理想的には、同一である。但し、実際には、２つの基板ステージに設けられた第１ヘッドと、第２ヘッドと、アライメント用プレートとの位置関係、及び、２つの基板ステージに設けられたアライメント用プレートに形成されたアライメントマークの位置関係は異なっている。従って、上述した処理を計測ステーション及び露光ステーションのそれぞれで行うことが必要となる。例えば、計測ステーション及び露光ステーションのそれぞれに設けられた回折格子が図２に示すような構成を有する場合には、上述した処理を４回行う必要がある。従って、基板ステージの数がＭ、回折格子の検出領域の数がＮである場合、上述した処理を行う回数はＭ×Ｎとなる。

なお、本実施形態では、アライメント用プレートに形成されたアライメントマーク及び回折格子の座標（位置）を検出する際の検出回数について特に説明しなかったが、必要精度に応じて任意に設定することができる。

また、上述した処理、即ち、回折格子の変形量を求めるタイミングは、一般的には、定期メンテナンスを行うタイミングと同じにすればよい。但し、露光装置の通常稼働中にも定期的に回折格子の変形量を求め、その変形量の変化が所定の基準値を超えた場合に、エラーを通知する、或いは、上述した処理を行うことも可能である。これにより、回折格子の温度分布変化や経時変化に伴う回折格子の歪み（変形）にも対応することが可能となり、基板ステージの位置決め精度を中長期的に安定させることができる。

また、アライメント用プレートに形成されたアライメントマークの理想位置からのずれ量を求める方法としては、上述した干渉計１１８ａ及び１１８ｂを用いた方法の他に、例えば、以下の２つの方法がある。なお、上述した干渉計１１８ａ及び１１８ｂを用いた方法では、アライメントスコープ１１４を用いている。但し、レチクル１０２の位置（及びレチクル１０２と基板１０５との相対的な位置）を測定するアライメントスコープを用いてもアライメントマークの理想位置からのずれ量を求めることが可能である。

第１の方法は、基準基板を用いる方法である。具体的には、まず、基板ステージ１０４に基準基板を配置する。次いで、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで対応する回折格子１１１ａ〜１１１ｄの座標（位置）を検出しながら、アライメントスコープ１１４で基準基板上の基準マークを検出する。そして、基準基板上の基準マークの位置を基準として、アライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマークの理想位置からのずれ量を求める。

第２の方法は、検査用レチクル及び検査用基板を用いる方法である。まず、レチクルステージ１０６に検査用レチクルを載置し、基板ステージ１０４に検査用基板を載置する。次いで、アライメントスコープ１１４でアライメント用プレート１１５に形成されたアライメントマークを検出する。次に、アライメントマークの位置を基準として、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで対応する回折格子１１１ａ〜１１１ｄの座標を検出しながら検査用基板を露光する。そして、検査用基板における露光結果を基準として、アライメント用プレート１１５に形成された形成されたアライメントマークの理想位置からのずれ量を求める。

また、投影光学系の光軸位置を測定するセンサが基板ステージに配置されている場合には、かかるセンサをアライメントスコープ１１４の代わりに用いてもよい。即ち、投影光学系の光軸中心位置を基準として、上述した処理を行うことも可能である。

このように、露光装置１００は、回折格子１１１ａ〜１１１ｄの変形量に基づいて、第１ヘッド１１２ａ〜１１２ｄ及び第２ヘッド１１３ａ〜１１３ｄで測定された基板ステージ１０４の位置を補正して基板ステージ１０４の位置決めを行う。従って、露光装置１００は、基板ステージ１０４の位置決め精度を向上させて、高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置１００を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (5)

1. 第１物体に対する第２物体の相対的な位置を測定する測定装置であって、
   前記第１物体に設けられた回折格子と、前記第２物体に設けられた第１ヘッド及び第２ヘッドとを含み、前記第１ヘッド又は前記第２ヘッドで前記第１物体に対する前記第２物体の相対的な位置を測定する測定部と、
   前記第２物体に設けられた複数のアライメントマークを検出することで前記第２物体の位置を測定するアライメントスコープと、
   前記測定部で測定した前記相対的な位置を補正する処理を行う処理部と、を有し、
   前記複数のアライメントマークが設けられた領域における前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの配列方向の長さは、前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとの間の距離以上であり、
   前記処理部は、
   前記アライメントスコープが前記複数のアライメントマークのそれぞれを検出するように前記第２物体を位置決めして前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドのそれぞれで前記回折格子上の位置を検出する検出処理と、
   前記検出処理において前記第１ヘッド又は前記第２ヘッドで検出された前記回折格子上の位置を基準位置として、前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドのうち一方のヘッドで以前に検出された前記回折格子上の位置を他方のヘッドの視野の中心に位置決めした状態で前記一方のヘッドで以前に検出された前記回折格子上の位置とは別の位置を前記一方のヘッドで検出する処理を前記一方のヘッドが前記回折格子の全面を検出するまで繰り返して前記回折格子の変形量を求める第１処理と、
   前記回折格子の変形量に基づいて、前記測定部で測定した前記相対的な位置を補正する第２処理と、
   を行うことを特徴とする測定装置。
2. 前記アライメントマークの位置の理想位置からのずれ量を検出する検出部を更に有し、
   前記処理部は、前記検出部で検出された前記理想位置からのずれ量に基づいて前記アライメントスコープで測定された前記第２物体の位置を補正することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記アライメントマークは、前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとの間の距離と等しい距離で前記第２物体に設けられた第１アライメントマークと第２アライメントマークとを含み、
   前記処理部は、
   前記アライメントスコープが前記第１アライメントマークを検出するように前記第２物体を位置決めして前記第２ヘッドで前記回折格子上の位置を検出する第３処理と、
   前記アライメントスコープが前記第２アライメントマークを検出するように前記第２物体を位置決めして前記第１ヘッドで前記回折格子上の位置を検出する第４処理と、
   前記第３処理で検出された前記回折格子上の位置と前記第４処理で検出された前記回折格子上の位置との差分を前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとの間の距離の設計距離からのずれ量として求める第５処理と、を行い、
   前記第２処理では、前記回折格子の変形量、及び、前記設計距離からのずれ量に基づいて、前記第１ヘッド又は前記第２ヘッドで測定された前記第１物体に対する前記第２物体の相対的な位置を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、
   装置基準を規定する基準フレームを第１物体、前記ステージを第２物体として、前記基準フレームに対する前記ステージの相対的な位置を測定する請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の測定装置と、
   前記測定装置で測定された測定結果に基づいて、前記ステージを位置決めする位置決め機構と、
   を有することを特徴とする露光装置。
5. 請求項４に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   前記ステップで露光された前記基板を現像するステップと、
   を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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