CN1469990A - 位置探测法和装置、曝光法和设备、控制程序以及器件制造法 - Google Patents

Abstract

移动多个在观察坐标系上具有预定的彼此位置关系的区域的同时，根据观察单元观察目标的结果，重合度计算单元根据给定的区域间对称性计算多个区域的观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度(步骤151－160)，并且位置信息计算单元通过获得多个区域的位置而获得目标的位置信息，其中在该位置处做为观察坐标系中多个区域的位置的函数的区域间重合度例如取最大值(步骤161)。结果，精确地探测到目标的位置信息。

Description

位置探测法和装置、曝光法和设备、控制程序以及器件制造法

技术领域

本发明涉及一种位置探测法和装置、曝光法及设备、控制程序以及器件制造法，并尤其涉及一种探测形成在目标上的标记的位置的位置探测法和装置、一种利用位置探测法的曝光法、一种包括位置探测装置的曝光设备、一种储存实施位置探测法的控制程序的存储介质和利用曝光法的器件制造法。

背景技术

迄今为止，在制造半导体器件、液晶显示器等的光刻工艺中，曝光设备被用于通过投影光学系统把形成在掩模或分划板(reticle)(以下统称作“分划板”)上的图案转印到一个涂覆有抗蚀剂的基片上，如晶片或玻璃板(以下根据需要统称“基片”或“晶片”)。作为这样一种曝光设备，主要采用静态曝光型投影曝光设备，如所谓的步进器，或扫描曝光型投影曝光设备，如所谓的扫描步进器。这种曝光设备在曝光之前需要精确地对准分划板和晶片。

因此，需要精确地探测分划板和晶片的位置。在探测分划板的位置时通常使用曝光光线。例如，采用VRA(可视分划板校准)技术，用曝光光线对形成在分划板上的分划板校准标记照明，并对例如通过CCD相机拾取的分划板校准标记的图象数据进行处理，从而测量标记的位置。另外，在晶片的校准中，采用LSA(激光步进校准)或FIA(场图象校准)技术。LSA技术用激光束对晶片上的晶片校准标记照明，此时晶片上的校准标记是一行点，并利用标记的衍射或散射光探测标记的位置，FIA技术用波长范围较宽的光如卤素灯对晶片上的晶片校准标记照明，对例如通过CCD相机拾取的校准标记的图象数据进行处理，从而探测标记的位置。由于日益提高精确度的要求，主要采用FIA技术，因为它能容忍标记的变形以及抗蚀剂涂层的不均匀度。

光学校准技术如上述的VRA、LSA和FIA首先获得一个包含标记的区域的图象信号(可以是一维的)，再识别反映图象信号中标记的部分，并提取图象信号对应于标记图象的部分(以下称作“标记信号”)。

作为提取标记信号的方法，有这些技术：(a)边缘提取技术(现有技术1)，区分图象信号，探测区分的图象信号在对应于标记的边缘位置取局部最大值(或最小值)的位置，并识别图象信号中与设计中(边缘位置的分布)计划作为标记信号的标记结构一致的部分，(b)图案匹配技术(现有技术2)，利用由设计中计划的标记结构确定的模板图案与图象信号之间的归一化的相关性识别标记信号，和(c)自相关技术(现有技术3)，如果标记的结构关于其中心线对称，同时根据图象信号被分成两部分而在图象区中移动一个平行于中心线的轴线，则通过翻转变换两部分中一部分的坐标并计算坐标变换的信号部分和其它信号部分之间归一化的相关性，利用归一化的相关性识别标记信号，其中归一化的相关性是轴线位置的函数。

另外，在执行上述任一现有技术1～3时，当对标记聚焦时必须获得图象信号，并且因此需要进行焦点测量，焦点测量通常使用获取关于聚焦状态的信息的方法，例如日本专利申请JP10-223517中公开的那样。在该方法中(现有技术4)，首先把两个焦点测量特征(如狭縫状特征)投影到获得标记信号的区域之外；从焦点测量特征处反射光束，每个光束被光瞳分区的棱镜等分成两部分，每一部分都被成像。测量象平面上四个图象之间的距离以获得关于聚焦状态的信息。在测量中，可以测得象平面上每个图象的形心之间的距离，或者在测得图象的各个边缘位置之后，利用边缘位置测量图象之间的距离。

随着平坦化技术如化学或机械抛光、以下被称作“CMP”的提高，覆盖标记的层表面的不均匀度降低，因为抗蚀剂膜的多重干涉，观察到的信号对应于每个标记边缘的部分可以是一个相位-目标波形，有两个信号边缘或亮-阴目标波形，其中一个信号边缘依赖于光的不均匀性以及抗蚀剂膜厚的变化。因此，通过相同的制造方法制得的分划板或晶片上的标记可能表现不一样，有一些象是相位标记，其它一些象是亮-阴标记。另外，根据拾取图象时的聚焦状态，相同的标记可能表现一样。

因此，为了利用现有技术1的边缘抽取技术精确探测标记的位置，需要在处理标记的图象信号之前手工规定信号边缘如线条-间隔图案中的内边缘的数量和类型。而且还可能不依据晶片上标记边缘的信号波形是相位-目标波形还是亮-阴-目标波形而变化，并且在晶片以及甚至在标记中可以有相位-目标波形和亮-阴-目标波形，在这种情况下对于每个被探测到位置的标记或对于每个标记边缘，需要前述的技术规范，使得不能很容易地探测标记的位置。

另外，当利用现有技术2的图案匹配技术时，考虑到是相位标记还是亮-阴标记的不确定性，可以计算多个均覆盖整个标记图象区的模板和图象信号之间的相关性，从而用最高的一个相关度探测位置。但为了提高位置探测中的精确度，需要提供多个不同的模板，并且因而有很多关于制备模板时的工作负荷以及用于存储模板的存储源的问题。

另外，当利用图案匹配技术时，如果标记是一个线条-间隔标记，则可以检查在一个具有接近线条宽度的宽度的图象区中对应于线条的模板和图象信号之间的相关度，以抽取对应于线条的图象部分并探测其位置。根据本发明人的研究所获得的认识，尤其在相位标记的情况下，甚至在模板不与标记重合时相关度也取较高的值。因此，必需一种用于精确探测标记的真实位置的算法，这使得该方法变得复杂，并且因而很难快速地测得标记的位置。

另外，现有技术3的自相关技术是一种探测对称性并且不需要模板且对散焦和工艺变化有一定容限的方法，因此，作为在整个标记区上相关度的计算量较大的结果，本方法只可以应用到具有对称结构的标记。

另外，在现有技术4的焦点测量法中，光瞳上图象的形状根据投影到晶片上的焦点测量特征如狭縫状特征的图象而变化，因而在形心和边缘的测量中会出现很大的误差。很难进行精确地焦点测量。

同时，随着半导体器件变得高度集成化以及电路图案精细化，覆盖校准标记的层的表面不均匀度减小，并且对探测校准标记的精确度的要求变得苛刻。即需要一种以极高的精确度探测较低不均匀度的标记的位置的新技术。

本发明是在这种形势下产生的，并且本发明的第一个目的在于提供一种可以精确探测标记位置的位置探测法和装置。

另外，本发明的第二个目的在于提供一种可以执行非常精确的曝光的曝光设备。

另外，本发明的第三个目的在于提供一种存储介质，储存能够精确探测目标的位置信息的程序。

另外，本发明的第四个目的在于提供一种器件制造方法，可以制造具有精细图案的高集成化的器件。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种探测目标的位置信息的位置探测法，该方法包括：观察目标的观察步骤；区域重合度计算步骤，根据给定的对称性计算多个区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度，其中多个区域在目标的观察坐标系上具有预定的彼此位置关系；和位置信息计算步骤，根据区域重合度计算目标的位置信息。此处，“给定的对称性”是指多个区域之间的区域间的对称性和在一个给定的区域内的区域内对称性。“目标的位置信息”是指在视场内目标的一维或二维位置信息以及在例如用于观察该信息(聚焦/散焦位置信息)的成像光学系统的光轴方向上的位置信息，其中该系统的轴向穿过视场。

据此，移动多个在观察坐标系中具有预定的彼此位置关系的区域的同时，执行这些步骤：根据观察步骤中观察目标的结果计算区域重合度；根据给定的对称性计算多个在观察坐标系上具有预定的彼此位置关系的区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度；和计算位置信息的步骤，通过获得至少一个区域重合度取最大值的区域的位置而获得目标的位置信息，其中该区域重合度是观察坐标系中至少一个区域的位置的函数。因此，通过利用当至少一个区域处于观察结果中的特定位置时区域重合度例如取最大值这一事实，可以无需模板地精确探测目标的位置信息。另外，因为只计算某些区域的区域重合度，所以可以快速探测目标的位置信息。

在根据本发明的位置探测法中，在观察步骤中，观察形成在目标上的标记，并且在位置信息计算步骤中计算标记的位置信息。在此情况下，通过提供形成在目标上的位置探测标记(如线条-间隔标记等)，可以精确地探测标记的位置信息以及目标的位置信息。

另外，根据标记的形状确定多个区域。通过根据例如标记的结构对称特性确定多个区域间的位置关系并根据特征对称性检查至少一个区域的部分观察结果的区域重合度，可以探测标记的位置信息。

在根据本发明的位置探测法中，区域重合度可以是多个区域的各个观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度，根据给定的区域间对称性计算区域间重合度。此处“给定的区域间对称性”例如是指当多个区域为一维时的平移恒等性、对称性、相似性等，以及当多个区域为二维时的平移恒等性、旋转对称性、对称性、类似性等。

此处，多个区域的数量可以是三个或更多，并且在区域重合度计算步骤中，可以对从多个区域中选出的多对区域的每一个计算区域间重合度。在此情况下，因为对多对区域计算区域间重合度，所以可以探测到一对区域中由于噪音等而致的区域间重合度原始值的偶然增大。例如，通过计算多对区域的区域间重合度的乘积或平均值获得受噪音等影响较少的多对区域的总重合度。

另外，区域重合度计算步骤可以包括一个坐标变换步骤，利用对应于由与其它区域的关系限定的对称性的类型的坐标变换法来变换要被计算区域间重合度的一个区域中观察结果部分的坐标；和区域间重合度计算步骤，根据一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和另一个区域中的观察结果部分来计算区域间重合度。在此情况下，通过提供一种根据预期的区域间对称性变换坐标的方法，可以很容易地算出区域间重合度。

在此情况下，可以通过计算一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和另一个区域中的观察结果部分之间的归一化相关系数来进行区域间重合度的计算。在此情况下，因为归一化的相关系数精确地代表区域间重合度，所以可以精确地算出区域间重合度。可以理解，较大的归一化相关值意味着较高的区域间重合度。

另外，可以通过计算一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和另一个区域中的观察结果部分之间的差值来进行区域间重合度的计算。此处，两个区域中观察结果部分间的差值意味着一个区域中的点处的观察结果值和另一个区域中对应点处的观察结果值之差的绝对值之和。在此情况下，因为两个区域中观察结果之差-直接代表重合度的计算很简单，所以可以很容易地算出区域间重合度。可以理解，两个区域中较小的观察结果部分之差意味着较高的区域间重合度。

另外，可以通过计算至少一个总偏差和从总偏差而获得的标准偏差来进行区域间重合度的计算，其中总偏差是一个区域中经过坐标变换的观察结果部分中的点处的值和另一个区域中观察结果中对应点处的值之间的偏差之和。在此情况下，通过总偏差和标准偏差的简单计算以及对计算结果的分析，可以很容易地算出区域间重合度。此方法很方便，因为三个或三个以上的区域间的区域间重合度可以一次算出。可以理解，较小的总偏差或标准偏差值意味着较高的区域间重合度。

另外，在区域重合度计算步骤中，在移动观察坐标系上多个区域并保持多个区域间位置关系的同时，可以算出区域间重合度。这种方法用于在探测形成于目标上并有预定形状的标记时，被探测位置的目标的观察结果中中心线位置的对称性已知的情况下。

另外，在区域重合度计算步骤中，在移动观察坐标系上多个区域并改变区域间位置关系的同时，可以算出区域间重合度。这种方法用于被探测位置的目标的观察结果中中心线位置的对称性不知道的情况下。另外，在测量预定的方向、如散焦量探测方向上彼此分开的两个特征之间的距离的情形中，在区域重合度计算步骤中，可以在彼此相反的方向上沿给定的轴向移动两个区域以改变两个区域间的距离。

另外，在区域重合度计算步骤中，对于多个区域中至少一个区域的观察结果部分，可以根据给定的对称性进一步计算区域内重合度，并且在计算位置信息的步骤中，可以根据区域间重合度及区域内重合度获得目标的位置信息。在此情况下，当根据给定的区域间对称性只计算区域间重合度不足以精确探测位置信息时，通过从根据给定的区域内对称性及区域间重合度算出的区域内重合度判断，可以精确地探测到目标的位置信息。

在根据本发明的位置探测法中，区域重合度可以是多个区域的观察结果部分中至少一个观察结果部分的区域内重合度，区域内重合度根据给定的区域内对称性算出。此处，“给定的区域内对称性”是指当区域为一维时的镜像对称等，以及当区域为二维时的旋转对称性、镜像对称性等。此处，当区域为一维时的镜像对称性以及区域为二维时的180°旋转对称性和镜像对称性统称为“区域内对称性”。

与具有区域间对称性一样，区域重合度计算步骤可以包括一个坐标变换步骤，利用对应于给定区域内对称性的坐标变换法变换被计算区域内重合度的区域中观察结果部分的坐标；和区域内重合度计算步骤，根据无坐标变换的观察结果部分和坐标变换过的观察结果部分来计算区域内重合度。

区域内重合度计算可以通过计算下列内容而进行：(a)无坐标变换的观察结果部分和坐标变换过的观察结果部分之间归一化的相关系数；(b)无坐标变换的观察结果部分和坐标变换过的观察结果部分之差，或(c)总偏差和标准偏差中的至少一项，其中总偏差是无坐标变换的观察结果部分中的点处的值和坐标变换过的观察结果部分中对应点处的值之间的偏差之和，标准偏差可从总偏差获得。

在区域重合度计算步骤中，在观察坐标系上移动要计算区域内重合度的区域的同时，可以算出区域内重合度。在此情况下，当计算两个或多个区域的区域内重合度时，(a)保持两个或多个区域间位置关系地或(b)改变两个或多个区域间位置关系地在观察坐标系上移动两个或多个区域。

根据本发明的位置探测法中，在观察步骤中，可以将观察到的一个N维图象信号投影到一个M维空间以获得观察结果，其中N是两个或更多的自然数，M是小于N的自然数。在此情况下，因为针对M维图象信号进行计算，其中M维图象信号的数据量小于N维图象信号的数据量，所以可以容易地探测目标的位置信息。

根据本发明的第二方面，提供了一种探测目标的位置信息的位置探测装置，该装置包括：一个观察目标的观察单元；一个重合度计算单元，根据给定的对称性计算多个区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度，其中多个区域在观察坐标系上有预定的位置关系；和位置信息计算单元，根据区域重合度计算目标的位置信息。

据此，根据观察单元观察目标的结果，通过移动多个在观察坐标系中具有预定的彼此位置关系的区域，根据给定的对称性计算多个区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度；和位置信息计算单元，根据区域重合度计算目标的位置信息，其中区域重合度是观察坐标系中至少一个区域的位置的函数。即，本发明的位置探测装置可以精确地探测目标的位置信息，因为它使用了本发明的位置探测法。

在根据本发明的位置探测装置中，观察单元可以包括一个拾取形成在目标上的标记的图象的单元。在此情况下，观察结果是拾取单元拾取的光学图象，并且观察单元的结构很简单。

在根据本发明的位置探测装置中，区域重合度可以是多个区域中各个观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度，根据给定的区域间对称性计算区域间重合度，并且重合度计算单元可以包括一个坐标变换单元，利用对应于由与其它区域的关系限定的对称性的类型的坐标变换法来变换要计算区域间重合度的一个区域中的观察结果部分的坐标；和一个处理单元，根据一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和另一个区域中的观察结果部分计算区域间重合度。在此情况下，坐标变换单元利用对应于两个区域之间对称性类型的坐标变换法变换两个区域中的一个中观察结果部分的坐标，使得一个区域中修正的坐标与另一区域中相应的坐标相同，并且通过比较一个区域中每个点处坐标变换的观察结果部分的值与另一个区域中对应点处的观察结果部分的值，处理单元计算区域间重合度。因此，可以很容易地计算区域间重合度，并且可以快速且精确地探测到目标的位置信息。

在根据本发明的位置探测装置中，区域重合度可以是多个区域的观察结果部分中至少一个观察结果部分中的区域内重合度，区域内重合度可以根据给定的区域内对称性算出，并且重合度计算单元可以包括一个坐标变换单元，利用对应于给定的区域内对称性的坐标变换法来变换要计算区域内重合度的区域中观察结果部分的坐标；和一个处理单元，根据无坐标变换的观察结果部分和坐标变换的观察结果部分计算区域内重合度。在此情况下，坐标变换单元利用对应于给定的区域内对称性的坐标变换法变换一个区域中的观察结果部分的坐标，使得该区域中修正的坐标与该区域中相应的无修正坐标相同，并且通过在每个坐标点比较无坐标变换的观察结果部分的值和坐标变换过的观察结果部分的值，处理单元计算区域内重合度。因此，可以很容易地计算区域内重合度，并且可以快速且精确地探测到目标的位置信息。

根据本发明的第三方面，提供了一种把给定的图案转印到基片上分划区中的曝光法，该曝光法包括：位置计算步骤，利用本发明的位置探测法探测形成在基片上的位置探测标记的位置并计算基片上分划区的位置信息；和转印步骤，根据在探测和计算步骤中算出的分划区的位置信息，通过控制基片的位置而把图案转印到分划区上。

据此，在探测和计算步骤中，通过利用本发明的位置探测法探测形成在基片上的位置探测标记的位置，并且根据此结果计算基片上分划区的位置信息。并且在转印步骤中，通过根据分划区的位置信息控制基片的位置而把给定的图案转印到分划区上。因此，可以精确地把给定的图案转印到分划区上。

根据本发明的第四方面，提供了一种把给定的图案转印到基片上分划区中的曝光设备，该曝光设备包括：一个台座单元，沿运动平面移动基片；和一个根据本发明的位置探测装置，该装置安装在台座单元上并探测基片上标记的位置。据此，根据本发明的位置探测装置可以精确地探测基片上标记的位置以及基片的位置。因此，台座单元可以根据精确算出的基片位置移动基片，使得可以把给定的图案精确地转印到基片的分划区上。

根据本发明的第五方面，提供了一个由探测目标的位置信息的位置探测装置执行的控制程序，该控制程序包括：根据给定的对称性计算多个区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度的程序，其中多个区域在目标的观察坐标系上有预定的位置关系；和根据区域重合度计算目标的位置信息的程序。

据此，通过执行控制程序的位置探测装置，根据本发明的位置探测法探测目标的位置信息。因此，无需利用模板等就可以精确且快速地探测目标的位置信息，因为只用部分观察结果计算重合度。

在本发明的控制程序中，在计算区域重合度时，可以根据给定的对称性计算形成在目标上的标记的观察结果中的区域重合度；并且在计算目标的位置信息时可以计算标记的位置信息。在此情况下，通过提供形成在目标上的位置探测标记，可以精确地探测标记的位置信息以及目标的位置信息。

另外，可以根据标记的形状确定多个区域。

另外，在根据本发明的控制程序中，区域重合度可以是多个区域中的各个观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度，其中根据给定的区域间对称性计算区域间重合度。

此处，在计算区域间重合度时，(a)在保持区域之间位置关系地移动观察坐标系上多个区域的同时，可以计算区域间重合度，或(b)在改变区域之间位置关系地移动观察坐标系上多个区域的同时，可以计算区域间重合度。

在根据本发明的控制程序中，区域重合度可以是多个区域的观察结果部分中至少一个观察结果部分的区域内重合度，其中根据给定的区域内对称性计算区域内重合度。

此处，在计算区域内重合度时，在移动一个在观察坐标系上要计算区域内重合度的区域的同时，可以计算区域内重合度。

在此情况下，当对两个或多个区域计算区域内重合度时，可以(a)保持两个或多个区域间位置关系地或(b)改变两个或多个区域间位置关系地在观察坐标系上移动两个或多个区域。

另外，通过利用本发明的曝光法在光刻工艺中进行曝光，可以在基片上以良好的重叠精确性形成精细的图案，并且可以高产量且以提高的生产率来制造高集成度的微型器件。因此，根据本发明的另一方面，提供了一种利用本发明的曝光法的器件制造法。

附图说明

附图中：

图1是根据第一实施例的曝光设备的结构简图；

图2是图1中校准显微镜的结构简图；

图3A和3B分别是图2中视场光阑和遮光板结构的示图；

图4是图1中曝光设备的台座控制系统的结构示图；

图5是图1中曝光设备的主控制系统结构示图；

图6是图1中曝光设备的晶片校准程序流程图；

图7A和7B是搜索校准标记的实例释意图；

图8是图6所示散焦量测量子程序的流程图；

图9是晶片上照明区的释意图；

图10A是在散焦量测量中拾取的图象释意图。图10B是散焦量(DF)和图象间距之间的关系释意图；

图11A是散焦量测量中的信号波形释意图，图11B是散焦量测量中的区域释意图；

图12是散焦量测量子程序中有关图8所示第一区域(ASL1)的过程流程图；

图13A～13C是区域扫描时图11B所示区域中信号波形如何变化的释意图；

图14是位置(LW1)和区域间重合度的关系释意图；

图15A和15B分别是搜索校准标记的示例性结构及其观察波形的典型实例的释意图；

图16是图6中标记位置探测子程序的过程流程图；

图17是探测标记位置时的区域释意图；

图18A～18C是区域扫描时图17所示区域中信号波形如何变化的释意图；

图19是位置(YPP₁)和区域间重合度的关系释意图；

图20A～20C是第一实施例中修改例1的释意图；

图21是第一实施例的修改例2中区域和图象的关系释意图；

图22是第二实施例中使用的标记的二维图象释意图；

图23是第二实施例中标记位置探测子程序的过程流程图；

图24是第二实施例中探测标记位置时的区域释意图；

图25是第二实施例中区域中的图象信号释意图；

图26是位置(XPP₁，YPP₁)和区域间重合度之间的关系释意图；

图27A和27B是第二实施例的修改例释意图；

图28A和28B是第二实施例中位置探测标记的修改例释意图；

图29A～29E是包括CMP过程和形成Y标记的过程释意图；

图30是利用第一或第二实施例中曝光设备的器件制造方法流程图；

图31是图30所示晶片工艺步骤中的流程图。

执行本发明的最佳模式<第一实施例>

下面将参考图1～19对本发明的第一实施例进行描述。

图1表示根据本实施例的曝光设备100的结构即布局示图，其中曝光设备是步进-扫描型投影曝光设备。此曝光设备100包括：一个照明系统10；一个用于支撑分划板R的分划板台座RST；一个投影光学系统PL；一个做为台座单元的晶片台WST，其上安放做为基片的晶片W；一个做为观察单元(拾取单元)的校准探测系统AS；一个用于控制分划板台座RST和晶片台WST的位置和偏转的台座控制系统19；和一个控制整个设备的主控制系统20。

照明系统10包括一个光源；一个包括蝇眼透镜等的照明匀化光学系统；一个中继透镜；一个可变ND滤光片；一个分划盲板(reticleblind)；一个二向色镜等(都未示出)。在例如日本专利申请JP10-112433中公开了这种照明系统的构造。上述专利中的公开在此引为参考，只要适用此国际申请的指定国或选定国的国家法律允许。照明系统10用几乎具有均匀照度的曝光光线IL对其上具有电路图案的分划板R上的由分划盲板BL限定的狭缝状照明区域照明。

在分划板台座RST上，例如通过真空卡盘固定分划板R。分划板台座RST可以由磁悬浮型二维线性致动器构成的分划板台座驱动部分(未示出)在垂直于照明系统10的光轴(与投影光学系统PL的光轴AX重合)的X-Y平面上精细地驱动，以便对分划板R定位，并且可以在预定的扫描方向(此处平行于Y方向)以特定的扫描速度驱动。另外，在本实施例中，因为磁悬浮型二维线性致动器包括一个Z驱动线圈和一个X驱动线圈以及Y驱动线圈，所以分划板台座RST可以在Z方向被驱动。

总是通过一个活动反射镜15由分划板激光干涉仪16(以下称作“分划板干涉仪”)以例如0.5～1nm的分辨率探测台座移动的平面上分划板台座RST的位置。分划板台座RST的位置信息(或速度信息)RPV从分划板干涉仪16经台座控制系统19发送到主控制系统20，并且主控制系统20通过台座控制系统19和分划板台座驱动部分(未示出)根据分划板台座RST的位置信息(或速度信息)RPV驱动分划板台座RST。

设置在分划板R之上的是一对分划板校准系统22(没有全部示出)，其中每个系统包括一个用与曝光光线IL波长相同的照明光对要探测的标记照明的下行照明系统，和一个用于拾取被探测标记的图象的校准显微镜。校准显微镜包括一个成象光学系统和一个拾取装置，并且校准显微镜的拾取结果被发送到主控制系统20，在这种情况下把用于导引来自分划板R的探测光的偏转反射镜(未示出)布置成可以移动。在曝光系列开始之前，驱动单元(未示出)根据主控制系统20的指令使与分划板校准系统22集成一体的偏转反射镜从曝光光线IL的光路中后退。图1中的分划板校准系统22表示一对。

投影光学系统PL布置在图1中分划板台座RST下面，其光轴AX平行于Z轴方向，并且例如是一个双向远心的且有预定的缩放率如1/5或1/4的折射光学系统。因此，当用来自照明系统10的照明光IL对分划板R的照明区照明时，由穿过分划板R和投影光学系统PL的照明光IL在涂敷有抗蚀剂(感光材料)的晶片W上形成分划板R上照明区中电路图案部分的缩放图象，缩放的图象是一个倒象。

晶片台WST布置在图1中投影光学系统下面的基座(未示出)上，并且在晶片台WST上设置一个晶片支架25，支架上通过例如真空卡盘固定一个晶片W。构成的晶片支架25能够在关于垂直于投影光学系统PL的光轴的平面倾斜任何角度，并且能够通过驱动部分(未示出)平行于投影光学系统PL的光轴AX(Z方向)地精细移动。晶片支架25也可以绕光轴AX精细地旋转。

构成的晶片台WST不仅能够在扫描方向(在Y方向)上移动，而且还能够在垂直于扫描方向(X方向)的方向上移动，使得可以在与照明区共轭的曝光区上定位晶片上的多个拍摄区，并且执行步进-扫描操作，其中重复在晶片上执行拍摄区的扫描曝光并将下一个拍摄区移到曝光起始位置。并且由一个包括电机等的晶片台驱动部分24在X和Y方向驱动晶片台WST。

总是由晶片激光干涉仪经活动反射镜17以例如0.5～1nm的分辨率探测X-Y平面上晶片台WST的位置。晶片台WST的位置信息(或速度信息)WPV经台座控制系统19发送到主控制系统20，并且根据位置信息(或速度信息)WPV，主控制系统20通过台座控制系统19和晶片台驱动部分24控制晶片台WST的运动。

另外，接近晶片台WST上的晶片W处固定一个参考标记FM，其表面设置成与晶片W的表面相同的高度，在晶片表面上形成各种用于校准的参考标记，包括一对用于分划板校准的第一参考标记和用于基线测量的第二参考标记。

校准探测系统AS是一个偏轴型显微镜，设置在投影光学系统PL的侧面上，并且包括一个光源61，一个照明光学系统62，一个第一成像光学系统70，一个由用于观察标记的CCD等构成的拾取装置74，一个遮光板75，第二成像光学系统76和一个由CCD等构成的拾取装置81。此校准显微镜AS的结构详细公开在例如日本专利申请JP10-223517中。上述专利申请中公开的内容在此引为参考，只要适用本国际申请的指定国或选定国的国家法律允许即可。

光源61是一个卤素灯或是发射宽范围波长的光束的光源，用于后叙的观察标记和聚焦。

照明光学系统62包括一个会聚透镜63，一个视场光阑64，一个照明中继透镜66，分束器68和一个第一物镜69，并且用光源61发出的光对晶片W照明。如图3A所示的视场光阑64在其中心包括一个方形主孔径SL0和在主孔径SL0 Z方向的两侧上的矩形狭縫状第二孔径SL1、SL2。

参见图2，从光源61发出的光经会聚透镜63辐射到视场光阑64。已经到达主孔径SL0或第二孔径SL1、SL2的到达视场光阑64的光的部分穿过视场光阑，其它的部分被阻挡。已穿过视场光阑64的部分经照明中继透镜66到达分束器68，其中一部分在图中向下的方向反射，另一部分穿过分束器68。注意，因为如后面所述在观察标记和聚焦时校准显微镜AS只是用被分束器68反射的光，下面将主要对分束器68反射的光进行描述。

分束器68反射的光经第一物镜69向前辐射到晶片W的表面，在关于成像光学系统与视场光阑64共轭的所需焦平面(未示出)上形成视场光阑64的象，其中成像光学系统由照明中继透镜66、分束器68和第一物镜69组成。结果，当晶片W的表面基本上与所需的焦平面重合时，晶片W的表面上分别与主孔径SL0和第二孔径SL1、SL2共轭并有相同形状和大小的区域被辐射。

第一成像光学系统70包括第一物镜69，一个分束器68，一个第二物镜71和一个分束器72，它们依次分布在Z方向(垂直)。

从光源61发光的光经照明光学系统62辐射晶片W，并被晶片W的表面反射，再经第一物镜69到达分束器68。光束到达分束器68的部分向图中的右边反射，其它部分穿过分束器68。注意，因为校准显微镜AS在此阶段只利用穿过分束器68的光观察标记和聚焦，所以下面只对穿过分束器68的光给予描述。

穿过分束器68并在Z方向向前传播的光经第二物镜71到达分束器72，并且一部分被分束器72反射朝向图中的左边，而其它部分穿过分束器72。被分束器72反射的光在后叙拾取装置74的光接收面上与所需焦平面关于第一成像光学系统70共轭的晶片表面上形成照明区的图象。同时，已穿过分束器72的光在后叙遮光板75上与所需焦平面关于第一成像光学系统70共轭的晶片表面上形成照明区的图象。

拾取装置74有一个电子耦合装置(CCD)和一个基本上与X-Z平面平行的光接收面，接收面的形状为只接收被晶片W上与视场光阑64的主孔径SL0对应的照明区反射的光，并且拾取晶片W上与主孔径SL0对应的照明区的图象，将拾取的结果作为第一拾取数据IMD1提供给主控制系统20。

如图3B所示的遮光板75具有在Y方向彼此分开的狭縫状孔径SLL、SLR，只透射分别被晶片W上对应于视场光阑64上第二孔径SL1、SL2的照明区反射的光。因此，关于经第一成像光学系统70到达遮光板75的光，被晶片W上与第二孔径SL1、SL2对应的照明区反射的两光束部分通过遮光板75并在+Z方向向前传播。

第二成像光学系统76包括一个第一中继透镜77，一个光瞳分区的反射件78，一个第二中继透镜79和一个柱状透镜80。光瞳分区的反射件78是一个棱镜状光学元件，有两个精加工成反射性的表面，它们垂直于Y-Z平面并且彼此形成接近180°的钝角。注意，代替光瞳分区的反射件78，可以采用一种光瞳分区的透射件。另外，柱状透镜80设置成其轴线基本上平行于Z轴。

已经穿过遮光板75并在Z方向向前传播的两光束部分经第一中继透镜77到达光瞳分区的反射件78，并且两光束入射到光瞳分区的反射件78的两个反射面上。结果，已穿过遮光板75狭縫状孔径SLL、SLR的两光束部分的每一部分被光瞳分区的反射件78划分成两光束，四光束在图中向右传播，穿过第二中继透镜79和柱状透镜80的部分在拾取装置81的与遮光板75关于第二成像光学系统共轭的光接收面上形成孔径SLL、SLR的图象。即，穿过孔径SLL的光束中的两束光的每一束都形成一个与孔径SLL对应的图象，并且已穿过孔径SLR的光束中的两束光每一束都形成一个对应于孔径SLR的图象。

拾取装置81有一个电荷耦合装置(CCD)和一个基本上平行于X-Z平面的光接收面，拾取对应于形成在光接收面上的孔径SLL、SLR的图象，并将拾取的结果作为第二拾取数据IMD2提供给台座控制系统19。

图4中所示的台座控制系统19包括一个台座控制器30A和一个存储单元40A。

台座控制器30A包括(a)一个控制器39A，根据来自主控制系统20的台座控制数据SCD给主控制系统20提供来自分划板干涉仪16和晶片干涉仪18的位置信息RPV、WPV，并且通过输出分划板台座控制信号RCD和晶片台控制信号WCD，根据位置信息RPV、WPV调节分划板R和晶片W的位置和偏转，(b)拾取数据收集单元31A，用于从校准显微镜AS收集第二拾取数据IMD2，(c)重合度计算单元32A，用于在根据收集的第二拾取数据IMD2于拾取区中移动两个区域的同时，计算两个区域的重合度，和(d)Z位置信息计算单元35A，用于根据算出的两个区域之间的重合度获得晶片W的散焦量(在Z方向上与焦点位置的误差)。此处，重合度计算单元32A包括(i)坐标变换单元33A，通过利用与一个区域和另一个区域之间恒等性对应的坐标变换法转换一个区域的拾取结果，其中计算在上述两个区域之间的重合度和(ii)计算处理单元34A，根据一个区域的坐标变换的拾取结果以及另一个区域的拾取结果计算两个区域之间的重合度。

存储单元40A有一个拾取数据存储区41A，一个坐标变换的结果存储区42A，一个区域间重合度存储区43A和一个散焦量存储区44A。

顺便说一下，在本实施例中，尽管台座控制器30A包括如上所述的各个单元，台座控制器30A还可以是一个计算机系统，安装在其中的程序模块实施各个单元的功能。

如图5所示的主控制系统20包括一个主控制器30B和一个存储单元40B。

主控制器30B包括(a)一个控制器39B，通过给台座控制系统19提供台座控制数据SCD控制曝光设备100，(b)一个拾取数据收集单元31B，用于从校准显微镜AS收集第一拾取数据IMD1，(c)重合度计算单元32B，用于根据收集的第一拾取数据IMD1在拾取区移动三个区域的同时计算三个区域间的重合度，和(d)标记位置信息计算单元35B，根据算出的三个区域间的重合度获得晶片W上位置探测标记的X-Y位置。此处，重合度计算单元32B包括(i)一个坐标变换单元33B，通过利用与一个区域和另一个区域之间的对称性对应的坐标变换法变换一个区域的拾取结果，其中计算在上述两个区域之间的重合度和(ii)计算处理单元34B，根据一个区域的坐标变换的拾取结果以及另一个区域的拾取结果计算两个区域之间的重合度。

存储单元40B有一个拾取数据存储区41B，一个坐标变换的结果存储区42B，一个区域间重合度存储区43B和一个标记位置存储区44B。

顺便说一下，在本实施例中，尽管主控制器30B包括如上所述的各个单元，主控制器30B还可以是一个计算机系统，如同台座控制系统19的情形，安装在计算机系统中的程序模块实施各个单元的功能。

另外，当主控制系统20和台座控制系统19为计算机系统时，不需要提前安装所有的程序模块，这些模块用于完成主控制器30A、30B的各个单元如后所述的功能。

例如，如图1中虚线所示，主控制系统20可以构造成阅读器90a可以与其连接，存储介质91a可以与阅读器90a连接，并且可以从储存必需的程序模块的存储介质91a中读出程序模块，在这种情况下，主控制系统20从装载到阅读器90a中的存储介质91a中读出完成功能所必须的程序模块(如图8、12、16、23中所示的子程序)并执行程序模块。

另外，台座控制系统19可以构造成阅读器90b可与其连接，存储介质91b可与阅读器90b连接，并且可以从储存必须程序模块的存储介质91b中读出程序模块，在这种情况下，台座控制系统19从装载到阅读器90b中的存储介质91b中读出完成功能所必须的程序模块并执行程序模块。

另外，主控制系统20和台座控制系统19可以构造成从分别装载到阅读器90a和90b的存储介质91a和91b中读出程序模块并将这些程序模块安装在其中。另外，主控制系统20和台座控制系统19可以构造成安装经通信网络如互联网发送的并且是对于完成功能所必须的程序模块。

顺便说一下，作为存储介质91a和91b，可以采用磁性介质(磁盘、磁带等)、电介质(PROM、带有支持电池的RAM、EEPROM等)、光磁介质(磁光盘等)、电磁介质(数字音带(DAT)等)等。

另外，一个阅读器可以由主控制系统20和台座控制系统19共享，并且对其连接进行切换。另外，连接阅读器的主控制系统20可以把从存储介质91b读取的用于台座控制系统19的程序模块发送到台座控制系统19。切换连接的方法以及主控制系统20向台座控制系统19发送的方法可以应用到通过通信网络安装程序模块的情形。

如上所述，将主控制系统20和台座控制系统19构造成能够从存储介质或经通信网络安装实现功能所必须的程序模块使得易于后面改变程序模块或用新的版本替换以提高容量。

参见图1，固定在曝光设备100中投影光学系统PL的支撑部分(未示出)上的是一个倾斜入射型多焦位置探测系统，包括一个照明光学系统和一个光接收光学系统(未示出)。照明光学系统导引成像光束，用于在投影光学系统PL的最佳成像平面上在光轴AX的倾斜方向形成多个狭縫图象，并且光接收光学系统经各个狭縫接收被晶片W的表面反射的光束。并且台座控制系统19在Z方向移动晶片支架25并根据来自多焦位置探测系统的晶片位置信息倾斜晶片支架25。在日本专利申请JP6-283403和与其对应的美国专利US5448332中公开了这种多焦探测系统的结构。在上述日本及美国专利文献中的公开在此引为参考，只要应用此国际申请的指定国或选定国的国家法律允许。

接下来，对通过本实施例具有上述结构的曝光设备100对晶片W的第二或更后面的层的曝光操作进行描述。

首先，分划板加载器(未示出)将分划板R加载到分划板台座RST上，并且主控制系统20执行分划板校准和基线测量。具体地说，主控制系统20通过晶片台驱动部分24将参考标记板FM定位到投影光学系统PL下面的晶片台WST上。利用分划板校准系统22探测了分划板R上的分划板校准标记和参考标记板FM上的第一参考标记之间的相对位置之后，沿X-Y平面移动晶片台WST预定的量，如基线量的设计值，从而通过利用校准显微镜AS探测参考标记板FM上的第二参考标记。同时，主控制系统20根据测得的校准显微镜AS的探测中心和第二参考标记之间的位置关系、分划板校准标记和参考标记板FM上的第一参考标记之间测量前的位置关系以及晶片干涉仪18对应于前两种关系的测量值获得基线量。

上述预备之后，开始图6所示流程图中的操作。

首先，在步骤101中，主控制系统20指示晶片加载器(未示出)的控制系统加载晶片W。通过这样，晶片加载器把晶片W加载到晶片台WST上的晶片支架25上。

作为一个前提，假设通过对前面的层曝光而把包括Y标记SYM和θ标记SθM(见图7A)的搜索校准标记转印并形成到晶片W上。虽然搜索校准标记实际上形成在图7A中所示的每个拍摄区SA上，但在本实施例中考虑两个搜索校准标记，如图7所示，这种布置使X方向上两个搜索标准标记之间的距离以及Y方向上离晶片W中心的距离很长，以便利用探测最少数量的的标记位置而获得晶片W的取向和中心位置，它们分别是Y标记SYM和θ标记SθM。

另外，在本实施例中，搜索校准标记、即Y标记SYM或θ标记SθM是一种如图7B所示的线条-间隔标记，具有在X方向延伸的线条特征SML₁、SML₂、SML₃和间隔SMS₁、SMS₂、SMS₃、SMS4，线条和间隔在Y方向交替分布。即，间隔SMS_m放置在线条特征SML_m(m＝1～3)的-Y方向一侧，间隔SMS_m+1在线条特征SML_m的+Y方向一侧。注意，虽然在本实施例中作为搜索校准标记的线条-间隔标记有三条线条，但线条数可以不是三条，并且虽然在本实施例中间隔宽度彼此不同，但间隔宽度也可以相同。

接下来，在步骤102，主控制系统20根据来自晶片干涉仪18的晶片台WST的位置信息WPV通过台座控制系统19和晶片台驱动部分24移动晶片台WST以及晶片W，使得包括受到位置探测的Y标记SYM的区域处于校准显微镜AS的用于探测标记位置的拾取装置74的拾取区。

将Y标记SYM形成区放置在拾取装置74的拾取区之后，在子程序103中测量Y标记SYM形成区的散焦量。

在子程序103中，首先在步骤131中，图8所示的台座控制系统19在控制器39A的控制下通过使校准显微镜AS的光源61发光以照明晶片W上分别与校准显微镜AS中视场光阑64的孔径SL0、SL1、SL2对应的如图9所示的区域ASL0、ASL1、ASL2来收集第二拾取数据IMD2。此处Y标记SYM位于区域ASL0之内。

被晶片W上的区域ASL1、ASL2反射的光依次穿过校准显微镜AS中的第一成像光学系统70、遮光板75和第二成像光学系统76并且在拾取装置81的光接收面上成像。令拾取装置81的光接收面上的XF和YF方向分别与晶片坐标系中X和Y方向共轭。如图10A所示形成的图象由四个分布在YF方向的狭縫图象ISL1_L、ISL1_R、ISL2_L、ISL2_R组成，狭縫图象ISL1_L、ISL1_R由两个光束形成，并且在YF方向具有宽度WF1，其中光瞳分区反射件78将区域ASL1反射的光划分为该两束光，狭縫图象ISL2_L、ISL2_R由两个光束形成，并且在YF方向具有宽度WF2，其中光瞳分区反射件78将区域ASL2反射的光划分为该两束光。在本实施例中，宽度WF1和WF2相同。

另外，狭縫图象ISL1_L、ISL1_R关于穿过YF位置YF1₀并平行于XF方向的轴线对称，并且二者中心之间在YF方向上的距离DW1(以下称作“图象间距DW1”)依据晶片W上相应的照明区的散焦量变化。另外，狭縫图象ISL2_L、ISL2_R关于穿过YF位置YF2₀并平行于XF方向的轴线对称，并且二者中心之间在YF方向上的距离DW2(以下称作“图象间距DW2”)依据晶片W上相应的照明区的散焦量变化。因此，图象间距DW1和图象间距DW2是散焦量DF的函数，由图象间距DW1(DF)和DW2(DF)表示，此处假设已知YF位置YF1₀、YF2₀以及宽度WF1、WF2。

如图10B中散焦量DF和图象间距DW1(DF)之间的关系所示，假设通过提前测量已知，散焦量DF接近或等于零时散焦量DF和图象间距DW1(DF)和DW2(DF)之间的关系是线性的。在图10B中，表示图象被聚焦时的图象间距DW1(0)由DW1₀表示。

参见图8，在步骤132中，重合度计算单元32A的坐标变换单元33A从拾取数据存储区41A中拾取数据，并且通过平均多个(例如50个)在接近狭縫图象ISL1_L、ISL1_R、ISL2_L、ISL2_R的XF方向上中心的YF方向延伸的扫描线的光强来获得一个信号波形IF(YF)，以便消除白噪声，其中信号波形代表YF方向上的信号平均强度分布。图11A表示狭縫图象ISL1_L、ISL1_R处及其周围的部分信号波形IF(YF)实例。

如图11A所示，信号波形IF(YF)有两个与狭縫图象ISL1_L、ISL1_R对应的峰FPK_L、FPK_R，具有一种关于YF位置YF1₀对称的形状，峰FPK_L关于穿过峰中心位置YF1_L(＝YF1₀-DW1/2)的垂直线对称，峰FPK_R关于穿过峰中心位置YF1_R(＝YF1₀+DW1/2)的垂直线对称。即，峰FPK_L、FPK_R在形状上基本相同，具有平移恒等性，二者的间距为(YF1_R-YF1_L)。

参见图8，在子程序133中，探测晶片W上区域ASL1的散焦量DF1。

在图12所示子程序133的步骤141中，坐标变换单元33A限定了沿YF方向的两个一维区域FD1_L和FD1_R，如图11B所示，它们关于YF位置YF1₀对称，每个具有WW1(≥WF1)的宽度，并且区域FD1_L和FD1_R的中心之间的距离LW1可变，以下称作“区域间距LW1”。

随后，坐标变换单元33A决定区域FD1_L和FD1_R扫描的初始和最终位置，并在初始位置设置区域FD1_L和FD1_R。此处，区域间距LW1的初始值可以为零，但最好设置为稍小于图象间距DW1值范围内的最小值，其中该值范围对应于快速测量散焦量DF的实际测量之前、设计预定的散焦量DF的值范围。另外，区域间距LW1的最终值可以足够大，但最好设置为稍大于图象间距DW1值范围内的最大值，其中该值范围对应于快速测量散焦量DF的实际测量之前、设计预定的散焦量DF的值范围。

接下来，简要描述在步骤142及其后续步骤中晶片W上区域ASL1的散焦量DF1探测原理。

首先，在本实施例的散焦量DF1探测中，通过对一维区域FD1_L和FD1_R从初始位置到最终位置扫描、同时维持两区域FD1_L和FD1_R关于YF位置YF1₀对称来探测图象间距DW1(见图13A～13C)。通过维持关于YF位置YF1₀的对称性来扫描一维区域FD1_L和FD1_R的原因在于，在扫描的一个时刻，当区域FD1_L和FD1_R中的信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)反映出信号波形IF(YF)中峰FPK_L、FPK_R之间关于YF位置YF1₀的平移恒等性以及对称性和每个峰的形状对称性时，区域间距LW1与图象间距DW1重合(见图13B)。

如图13A至图13C所示，在扫描期间，信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)改变，同时总是保持信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)之间的对称性。因此，并不能够通过探测信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)之间的对称性来辨别区域间距LW1与图象间距DW1是否重合(如图13B所示)

同时，当区域间距LW1与图象间距DW1重合时，信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)之间的平移恒等性是最佳的。另外，当区域间距LW1与图象间距DW1重合时，每个信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)的对称性是最佳的。但是，如上所述，无论区域间距LW1是否与图象间距DW1重合，信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)的对称性都很好。

因此，在本实施例中，通过利用对区域FD1_L和FD1_R扫描来检查信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)的平移恒等性而探测图象间距DW1，并且根据图象间距DW1探测散焦量DF1。

具体地以下列方式探测图象间距DW1和散焦量DF1。

在图12所示的步骤141之后的步骤142中，坐标变换单元33A从信号波形IF(YF)中抽取区域FD1_L和FD1_R中的信号波形IF_L(YF)和IF_R(YF)，此处，由下列方程给出信号波形IF_L(YF)：

IF_L(YF)＝IF(YF；YF_LL≤YF≤YF_LR)         (1)

YF_LL＝YF1₀-LW1/2-WW1/2                   (2)

YF_LR＝YF1₀-LW1/2+WW1/2                   (3)

并且由下列方程给出信号波形IF_R(YF)：

IF_R(YF)＝IF(YF；YF_RL≤YF≤YF_RR)         (4)

YF_RL＝YF1₀-LW1/2-WW1/2                   (5)

YF_RR＝YF1₀-LW1/2+WW1/2                   (6)

坐标变换单元33A通过在+YF方向平移坐标系LW1的距离来变换信号波形IF_R(YF)的坐标，以获得由下列方程给出的变换的信号波形TIF_R(YF’)：

TIF_R(YF’)＝IF_R(YF)                      (7)

此处YF’＝YF-LW1。结果，可以直接比较信号波形TIF_R(YF’)和IF_R(YF)，因为它们各自的水平坐标范围相同。

然后，坐标变换单元33A在坐标变换结果存储区42A中储存获得的信号波形IF_L(YF)和TIF_R(YF’)。

接下来，在步骤143中，计算处理单元34A从坐标变换结果存储区42A中读出信号波形IF_L(YF)和TIF_R(YF’)，计算信号波形IF_L(YF)和TIF_R(YF’)之间的归一化相关度NCF1(LW1)，该相关度代表各个区域FD1_L和FD1_R中信号波形IF_L(YF)和TIF_R(YF’)之间的重合度，并且将作为区域间重合度的归一化相关度NCF1(LW1)与区域间距LW1的值一起储存到重合度存储区43A中。

接下来，在步骤144中，检查区域FD1_L和FD1_R是否到达最终位置。在此阶段，因为只对初始位置计算区域间重合度，所以回答为NO，并再进行到步骤145。

在步骤145中，坐标变换单元33A用一个新的区域间距(LW1+ΔL)代替区域间距LW1，其中ΔL表示对应于散焦量测量中所需分辨率的单位间距，并且根据新的区域间距LW1移动区域FD1_L和FD1_R。并且坐标变换单元33A执行步骤142、143，按照与关于初始位置相同的方式计算重合度NCF1(LW1)并将其与当前的区域间距LW1的值一起储存到重合度存储区43A。

直到步骤144中的回答为YES，才按照与上述相同的方式，在步骤145中每次增大区域间距LW1一个单位间距ΔL，坐标变换单元33A执行步骤142、143以计算重合度NCF1(LW1)并将其与当前的区域间距LW1的值一起储存到重合度存储区43A中。图13A～13C表示区域FD1_L和FD1_R的扫描位置之间的扫描和信号波形IF(YF)的关系实例。可以理解，图13A表示区域间距LW1小于图象间距DW1(LW1＜DW1)的情形，图13B表示区域间距LW1等于图象间距DW1(LW1＝DW1)的情形，并且图13C表示区域间距LW1大于图象间距DW1(LW1＞DW1)的情形。

参见图12，当区域FD1_L和FD1_R已到达最终位置时，在步骤144中的回答是YES，流程进行到步骤146。

在步骤146中，Z位置信息计算单元35A从重合度存储区43A中读出重合度NCF1(LW1)和对应的区域间距LW1的值并检查重合度NCF1(LW1)与变化的区域间距LW1之间的关系，该实例列于图14中。在图14中，当区域间距LW1与图象间距DW1重合时，重合度NCF1(LW1)取最大值。因此，Z位置信息计算单元35A将区域间距LW1值设置为图象间距DW1，在该值处重合度NCF1(LW1)与变化的区域间距LW1的关系最大。

随后，Z位置信息计算单元35A根据探测到的图象间距DW1以及图10B中的散焦量DF和图象间距DW1(DF)之间的关系获得晶片W上区域ASL1的散焦量DF₁，并将其储存到散焦量存储区44A中。

参见图12，对晶片W上区域ASL1中的散焦量DF₁计算完成之后，结束子程序133的执行，并且进行到图8中的子程序134。

在子程序134中，按照与子程序133中区域ASL1上散焦量DF₁的计算方式一样，计算晶片W上区域ASL2中的散焦量DF₂，并将其储存到散焦量存储44A中。

当散焦量DF₁和散焦量DF₂的计算完成之后，结束子程序103的执行。过程进行到图6中主程序的步骤104。

在步骤104，控制器39A从散焦量存储区44A中读出散焦量DF₁和散焦量DF₂，并根据散焦量DF₁和散焦量DF₂获得在Z方向的移动量和绕晶片W的X轴的旋转量，通过其对晶片W上的区域ASL0聚焦，并将包含Z方向移动量和绕X轴旋转量的晶片台控制信号WCD提供给晶片台驱动部分24，由此控制晶片W的位置和偏转，从而聚焦到晶片W的区域ASL0上。

完成对包括形成Y标记-SYM区域的区域ASL0的聚焦之后，在步骤105，校准显微镜AS的拾取装置74在控制器39B的控制下拾取光接收面上的区域ASL0的图象，并且拾取数据收集单元31B把来自校准显微镜AS的第一拾取数据IMD1储存到拾取数据存储区41B。

注意，在形成Y标记SYM或θ标记SθM的区域中，如图15A中Y标记SYM的YZ横截面所示，抗蚀剂层PRT覆盖形成在基片51上的线条特征SML_m(m＝1～3)和间隔SMS_n(n＝1～4)，并通过平化过程如CMP来平化该层的上部。抗蚀剂层PRT由一种正抗蚀剂材料或具有较高透射率的化学放大的抗蚀剂制成。基片51和线条特征SML_m由彼此不同的材料制成，它们通常在反射率和透射率上不同。在此实施例中，线条特征SML_m的材料在反射率上高于基片51的材料。另外，基本上认为基片51和线条特征SML_m的上部是平的，并且认为线条特征SML_m的高度做得足够小。

参见图6，在子程序106中，通过包含在拾取数据存储区41B中第一拾取数据IMD1中的信号波形计算标记SYM的Y位置。

首先，在子程序106的步骤151中，如图16所示，重合度计算单元32B的坐标变换单元33B从拾取数据存储区41B中读出第一拾取数据IMD1并抽取信号波形IP(YP)。注意，拾取装置74的光接收面上的XP和YP方向分别与晶片坐标系中X和Y方向共轭。

在本实施例中，通过平均多个(例如50个)在接近拾取区域的XP方向上中心的YP方向延伸的扫描线的光强来获得信号波形IP(YP)，以便消除白噪声并使其平滑，其中信号波形代表YP方向上的信号平均强度分布。图15B表示获得的信号波形IP(YP)实例。

如图15B所示，信号波形IP(YP)有三个与线条特征SML_m(m＝1～3)对应的峰PPK_m，峰具有相同的峰宽度WP。PW1表示峰PPK₁的YP方向上中心位置YP₁和峰PPK₂的中心位置YP₂之间的距离，PW2表示峰PPK₂的中心位置YP₂和峰PPK₃的中心位置YP₃之间的距离。另外，每个峰PPK_m具有关于中心位置YP_m对称的形状。因此，在峰PPK₁和峰PPK₂的形状之间YP方向上具有与距离PW1的平移恒等性，并且在峰PPK₂和峰PPK₃的形状之间YP方向上具有与距离PW2的平移恒等性，并且在峰PPK₃和峰PPK₁的形状之间YP方向上具有与距离(PW1+PW2)的平移恒等性。另外，峰PPK₁、峰PPK₂和峰PPK₃分别具有关于中心位置YP₁、YP₂和YP₃对称的形状。另外，峰PPK₁和峰PPK₂关于位置YP₁、YP₂之间的中间位置对称，峰PPK₂和峰PPK₃的形状关于位置YP₂和YP₃之间的中间位置对称，峰PPK₁和峰PPK₃的形状关于位置YP₁和YP₃之间的中间位置对称。

参见图6，在步骤152中，坐标变换单元33A限定了三个在图17中依次分布并在YP方向上有相同宽度PW(＞WP)的一维区域PFD₁、PFD₂和PFD₃。在本实施例中，区域PFD₁的YP方向上中心位置YPP₁是可变的，而在另一实施例中，区域PFD₂的中心位置YPP₂或区域PFD₃的中心位置YPP₃是可变的。区域PFD₁的中心位置YPP₁和区域PFD₂的中心位置YPP₂之间的距离设置为PW1，区域PFD₂的中心位置YPP₂和区域PFD₃的中心位置YPP₃之间的距离设置为PW2。

随后，坐标变换单元33B决定区域PFD_m扫描的初始和最终位置，并在初始位置设置区域PFD_m。此处，中心位置YPP₁的初始值可以足够的小，但最好设置为稍小于峰PPK₁的中心位置YP₁值范围内的最小值，其中该值范围是快速测量标记SYM的Y位置的实际测量之前、设计预定的值范围。另外，中心位置YPP₁的最终值可以足够大，但最好设置为稍大于峰PPK₁的中心位置YP₁值范围内的最大值，其中该值范围是快速测量标记SYM的Y位置的实际测量之前、设计预定的值范围。

接下来，简要描述在步骤153及其后续步骤中晶片W上标记SYM的Y位置YY探测原理。

首先，在本实施例的Y位置YY的探测中，通过从初始位置到最终位置对区域PFD_m扫描来探测信号波形IP(YP)中峰PPK₁在YP方向的中心位置YP₁，同时保持区域PFD_m之间的距离(见图18A～18C)。扫描区域PFD_m并保持区域PFD_m之间距离的原因在于在扫描的一个时刻，当区域PFD_m的信号波形IP_m(YP)反映信号波形IP(YP)中峰PPK_m之间的平移恒等性和对称性以及每个峰的形状的对称性时，区域PFD_m的中心位置YPP_m分别与峰PPK_m的中心位置YP_m重合(见图18B)。

扫描期间，如图18A～18C所示，在总是保持信号波形IP_m(YP)之间平移恒等性的同时改变信号波形IP_m(YP)。因此，通过探测信号波形IP_m(YP)之间的平移恒等性不能辨别区域PFD_m的中心位置YPP_m是否分别与峰PPK_m的中心位置YP_m重合(如图18B所示)。

同时，当区域PFD_m的中心位置YPP_m分别与峰PPK_m的中心位置YP_m重合时，信号波形IP_p(YP)和信号波形IP_q(YP)关于区域PFD_p和PFD_q之间的中间位置YP_p，q的对称性最佳，其中p为1～3中任一数，q为1～3中与P不同的数。另外，当区域PFD_m的中心位置YPP_m分别与峰PPK_m的中心位置YP_m重合时，每个信号波形IP_m(YP)的对称性也最佳。但是，如上所述，无论区域PFD_m的中心位置YPP_m是否分别与峰PPK_m的中心位置YP_m重合，信号波形IP_m(YP)之间的平移恒等性都很好。

因此，在本实施例中，通过对区域PFD_m扫描来检查信号波形IP_m(YP)之间的平移恒等性和对称性而探得标记SYM图象的YP位置，并且根据标记SYM图象的YP位置探测标记SYM的Y位置YY。

标记SYM图象的YP位置和标记SYM的Y位置YY具体通过下列方式探测。

在图16所示步骤152之后的步骤153中，坐标变换单元33B从区域PFD_p和PFD_q的数对(p，q)((1，2)，(2，3)，(3，1))中选出第一对(如(1，2))，并从信号波形IP(YP)中抽出区域PFD_p和PFD_q的信号波形IP_p(YP)和信号波形IP_q(YP)(见图18A～18C)。此处，信号波形IP_p(YP)由下列方程给出：

IP_p(YP)＝IP(YP；YPL_p≤YP≤YPU_p)     (8)

YPL_p＝YPP_p-PW/2                      (9)

YPU_p＝YPP_p+PW/2                      (10)

并且由下列方程给出信号波形IP_q(YP)：

IP_q(YP)＝IP(YP；YPL_q≤YP≤YPU_q)     (11)

YPL_q＝YPP_q-PW/2                      (12)

YPU_q＝YPP_q+PW/2                      (13)

在步骤154中，坐标变换单元33B通过关于中间位置YPP_p，q(＝(YPP_p+YPP_q)/2)翻转坐标系而变换信号波形IP_q(YP)的坐标，从而获得由下式给出的变换的信号波形TIP_q(YP’)：

TIP_q(YP’)＝IP_q(YP)                  (14)

此处YP’＝2YPP_p，q-YP。结果，可以直接比较信号波形TIP_q(YP’)和IP_p(YP)，因为在各个水平坐标中的区域相同。

然后，坐标变换单元33B将获得的信号波形TIP_q(YP’)和IP_p(YP)储存到坐标变换的结果存储区42B中。

接下来，在步骤155中，计算处理单元34B从坐标变换的结果存储区42B中读出信号波形TIP_q(YP’)和IP_p(YP)并计算信号波形TIP_q(YP’)和IP_p(YP)之间的归一化相关度NCF_p，q(YPP₁)，该相关度代表各个区域PFD_p和PFD_q中信号波形IP_p(YP)和IP_q(YP)之间的重合度。

接下来，在步骤156中，检查是否对所有的数对(p，q)都已经计算了归一化相关度NCF_p，q(YPP₁)。在此阶段，因为仅已对第一对区域坐标计算了归一化相关度NCF_p，q(YPP₁)，所以回答是NO，则过程进行到步骤157。

在步骤157中，坐标变换单元33B选取下一区域数对并用下一区域数对代替区域数对(p，q)，并且过程进行到步骤154。

直到对所有的数对(p，q)都计算了归一化相关度NCF_p，q(YPP₁)，并且在步骤156中的回答为YES，重复表明区域数对(p，q)重合度的归一化相关度NCF_p，q(YPP₁)的计算。当在步骤156的回答变为YES时，过程进行到步骤158。

在步骤158中，计算处理单元34B由归一化相关度NCF_p，q(YPP₁)计算由下列方程给出的总重合度NCF(YPP₁)：

NCF(YPP₁)＝NCF_1，2(YPP₁)×NCF_2，3(YPP₁)×NCF_3，1(YPP₁) (15)

并且将总重合度NCF(YPP₁)与YP位置YPP₁的当前值储存到重合度存储区43B中。

接下来，在步骤159中，检查是否所有的区域PFD_m都已到达了最终位置。在此阶段，因为只对初始位置计算了区域间重合度，所以回答为NO，并且过程进行到步骤160。

在步骤160，坐标变换单元33B用YP位置(YPP₁+ΔP)代替YP位置YPP₁并根据新的YP位置YPP₁移动区域PFD_m，其中ΔP表示对应于Y位置探测中所需分辨率的单位间距。并且坐标变换单元33B按照与对于初始位置相同的方式执行步骤153～158以计算总重合度NCF(YPP₁)，并将其与YP位置YPP₁的当前值一起储存到重合度存储区43B中。

直到步骤159中的回答为YES，按照与上述相同的方式，在步骤160中每次增大YP位置YPP₁单位间距ΔP，坐标变换单元33B执行步骤153～158以计算总重合度NCF(YPP₁)，并将其与YP位置YPP₁的当前值一起储存到重合度存储区43B中。

当区域PFD_m已到达最终位置时，在步骤159中的回答为YES，并且过程进行到步骤161。

在步骤161中，标记位置信息计算单元35B从晶片干涉仪18读出晶片W的位置信息WPV，并从重合度存储区43B中读出重合度NCF(YPP₁)和对应的YP位置YPP₁，并且检查重合度NCF(YPP₁)与YP位置YPP₁变化的关系，图19中示出了这一实例。在图19中，当YP位置YPP₁与峰位置YP₁重合时，重合度NCF(YPP₁)取最大值。因此，标记位置信息计算单元35B将YP位置YPP₁的值设置为峰位置YP₁，在该值处，重合度NCF(YPP₁)与YP位置YPP₁变化的关系取最大值，并且再根据获得的峰位置YP₁以及晶片W的位置信息WPV获得标记SYM的Y位置YY。

在本实施例的峰位置YP₁的探测中，当做为YP位置YPP₁的函数的重合度NCF(YPP₁)有一个从中决定最大值的有意义的峰时，标记位置不可测标识被关闭，而在重合度NCF(YPP₁)没有一个从中确定最大值的有意义的峰时，标识开启。

完成标记SYM的Y位置YY探测之后，结束执行子程序106，并且过程返回到主程序。

参见图6，通过检查标记位置不可测标识是否被关闭，步骤107检查是否可以计算标记SYM的Y位置YY。如果回答是NO，则启动这样一个过程，如再探测标记SYM、探测另一Y标记的位置等，否则过程进行到步骤108。

接下来，在步骤108～112中，按照与步骤102～106相同的方式获得标记SθM的Y位置Yθ。随后，通过检查标记位置不可测标识是否被关闭，步骤113检查是否可以计算标记SθM的Y位置Yθ。如果回答是NO，则启动这样一个过程，如再探测标记SθM、探测另一θ标记的位置等，否则过程进行到步骤121。

随后，在步骤121中，主控制系统20根据获得的Y标记SYM和θ标记SθM的Y位置YY和Yθ来计算晶片旋转量θ_s。

接下来，在步骤123中，主控制系统20将校准显微镜AS的放大率设置成较高，并利用校准显微镜AS探测拍摄区的样品标记，同时利用晶片干涉仪18的监视测量值并利用获得的晶片旋转量θ_s，通过晶片台驱动部分24定位晶片台WST，使得每个样品标记位于校准显微镜AS下方。此处，主控制系统20根据校准显微镜AS对样品标记的测量值以及晶片干涉仪18的对应测量值获得每个样品标记的坐标。

随后，在步骤124中，主控制系统20利用日本专利申请JP61-44429及其对应的美国专利US4,780,617中公开的最小二乘方法进行统计计算，获得关于晶片W上拍摄区分布的六个参数：旋转θ、在X和Y方向上的比例因子S_x、S_y、正交性ORT、在X和Y方向上的偏置O_x、O_y。上述日本专利申请及美国专利在此引为参考，只要适用此国际申请的指定国或选定国的国家法律允许。

接下来，在步骤125中，主控制系统20通过将六个参数代入预定的方程计算晶片W上每个拍摄区的分布坐标，即校正的重叠位置。

因为日本专利申请JP61-44429及其对应的美国专利US4,780,617中详细公开了步骤123、124、125中的过程，所以在此省去详细的描述。

之后，主控制系统20执行步进-扫描型曝光操作，重复逐步移动晶片W上每个拍摄区到扫描起始位置并根据提前测得的每个拍摄区的分布坐标和基线距离，通过在扫描方向上同步移动分划板台座RST和晶片台WST而将分划板图案转印到晶片上。由此完成一个曝光过程。

如前所述，根据本实施例，拾取晶片W上照明区ASL1、ASL2的具有对称性和平移恒等性的光瞳分区图象，并且为了获得照明区ASL1对称的、光瞳分区的图象间距离以及照明区ASL2对称的、光瞳分区的图象间距离，通过在图象坐标系(XF，YF)上移动两个区域FD_L和FD_R，根据区域中信号波形间的平移恒等性计算两个区域间的重合度。通过获得两个区域的位置，其中这两个区域间的重合度最大，探测到每个照明区ASL1和ASL2的散焦量、即Z位置信息，使得可以精确地探测到晶片W的Z位置信息。

另外，根据本实施例，在移动拾取坐标系(XP，YP)上多个区域PFD_m的同时，拾取形成在照明区ASL0上的标记SYM(SθM)的图象，其中该图象具有对称性和平移恒等性，根据每对信号波形间的对称性计算从多个区域中选出的成对区域的重合度，并且计算做为区域位置的函数的区域间总重合度，并再通过获得区域间总重合度为最大的区域位置，可以精确地探测到标记SYM(SθM)的Y位置。

另外，根据本实施例，根据精确探测到的标记SYM和SθM的Y位置观察精细的校准标记，从而精确地算出晶片W上拍摄区SA的分布坐标。并且根据计算结果精确校准晶片W，使得可以把分划板R的图案精确地转印到拍摄区SA上。

另外，在上述实施例中，用于探测标记SYM和SθM的Y位置的多个区域的数量是三个，并且将三对区域中区域间重合度的乘积作为区域间总重合度。因此，可以避免一对区域中区域间重合度由于噪音等而在初始值上增大的偶然误差对区域间总重合度的影响，使得可以精确地探测到标记SYM(SθM)的Y位置。

另外，在本实施例中，因为通过一种与一个区域中的信号波形和另一个区域中的信号波形之间的对称性或平移恒等性对应的方法提供用于变换坐标的坐标变换单元33A和33B，所以可以很容易地探测区域间重合度。

另外，在本实施例中，因为计算了一个区域中坐标变换的信号波形与另一个区域中的信号波形之间的归一化相关度，所以可以精确地计算区域间重合度。

另外，在本实施例中，因为计算了信号波形中沿从拾取的二维图象获得的一维方向的区域间重合度，所以可以很容易地获得目标的位置信息。

另外，虽然在第一实施例中把三对区域中区域间重合度的乘积用作区域间总重合度，但也可以用三对区域中区域间重合度之和或平均值代替。另外，在此情形中，可以避免一对区域中区域间重合度由于噪音等而在初始值上增大的偶然误差对区域间总重合度的影响。

另外，虽然在第一实施例中计算了一个区域中坐标变换的信号波形与另一个区域中的信号波形之间的归一化相关度，但可以用一个区域中坐标变换的信号波形处点值和另一区域中信号波形的对应点值之差的绝对值之和代替，在这种情况下计算很简单，其和直接反映重合度，使得可以很容易地计算区域间重合度。顺便说一下，在这种情况下，和变小时区域间重合度变大。

另外，通过计算一个区域中坐标变换的信号波形处点值和另一区域中信号波形的对应点值之差的平方和或和的平方根，可以算出区域间重合度。

差值平方和或和值平方根的计算包括在区域PFD₁、PFD₂和PFD₃中的信号波形IP₁(YP)、IP₂(YP)、IP₃(YP)中选出一对，再从每个信号波形的每个点值处减去其平均值以消除偏差，并通过其标准偏差除以被消除了偏差的信号波形的每个点值，减和除包括归一化。

然后，如果需要，执行坐标平移变换，使得各个水平坐标中两个归一化信号波形的范围相同，并且算出该范围内点处两个信号波形之差的平方和。

如同在上述实施例中一样，在移动区域PFD₁、PFD₂和PFD₃的同时计算该区域每个位置之差的平方和；此处和值较小表示重合度较高。在此情况下，计算很简单，和直接反映重合度，使得可以很容易地计算重合度。

可以用和的平方根代替平方和。

另外，如果将前述方法应用到三个或多个波形，则可以一次对三个或多个波形评估区域间总重合度。

注意，前述利用平方和或和的平方根的方法等于计算并测试多个波形的平均波形与这些波形之差的方法。

另外，虽然在第一实施例中计算了信号波形之间的相关度，但也可以计算每个信号波形和平均信号波形之间的相关度以获得区域间重合度。

另外，虽然在第一实施例中从标记SYM(SθM)的Y位置探测中的对称程度中算出了区域间重合度，但可以以下列方式计算考虑进了对称性和平移恒等性的总重合度NCF’(YPP₁)。

首先，计算由方程(16)给出的信号波形TIP’_q(YP”)和IP_p(YP)之间的归一化相关度，该相关度表示关于信号波形IP_p(YP)和IP_q(YP)之间平移恒等性的重合度NC1_p，q(YPP₁)：

TIP_q’(YP”(＝YP-PW1-PW2))＝IP_p(YP)             (16)

并且利用下列方程计算关于平移恒等性的总重合度NC1(YPP₁)：

NC1(YPP₁)＝NC1_1，2(YPP₁)×NC1_2，3(YPP₁)×NC1_3，1(YPP₁) (17)

该值形成图20A所示的形状，在(YP₁-PW/2)～(YP₁+PW/2)的YPP₁范围内为一个梯形。

同时，计算区域间重合度NC2_r(YPP₁)，通过一个以下列方式表示区域PFD_m(m＝1～3)中区域PFD_r的信号波形的对称性的归一化相关度表示。

区域PFD_r中的信号波形IP_r(YP)由利用信号波形IP(YP)的方程给出(见图18A～18C)：

IP_r(YP)＝IP(YP；YPL_r≤YP≤YPU_r)        (8)’

YPL_r＝YPP_r-PW/2                         (9)’

YPU_r＝YPP_r+PW/2                         (10)’

接下来，通过关于中心位置YPP_r翻转信号波形IP_r(YP)的坐标系而获得变换的信号波形TIP_r”(YP”)，该波形由下列方程表示：

TIP_r”(YP”)＝IP_r(YP)                   (14)’

其中YP”＝2YPP_r-YP。结果，可以直接比较信号波形TIP_r”(YP”)和IP_r(YP)，因为各个水平坐标中的区域相同。

随后，计算表示信号波形IP_r(YP)对称度(或区域内重合度)的信号波形IP_r(YP)和TIP_r”(YP”)之间的归一化相关度NC2_r(YPP₁)。

获得的区域内重合度NC2_r(YPP₁)示于图20B中，它有一个最大峰YPP₁＝YP₁和其它峰。该最大峰是一个只处于YPP₁的(YP₁-PW/2)～(YP_1r+PW/2)范围的峰，该处的重合度NC1(YPP₁)很大。

计算由下列方程给出的区域间重合度NCF’(YPP₁)：

NCF’(YPP₁)＝NC1(YPP₁)×NC2_r(YPP₁)           (18)

如图20C所示，只在YP位置YPP₁＝YP₁处有一个峰。因此，通过探测考虑进了对称性和平移恒等性的区域间总重合度NCF’(YPP₁)取最大值的YP位置YPP₁可以获得YP₁值。之后，可以通过按照与第一实施例相同的过程精确探测标记SYM(SθM)的Y位置。

可以用下列方程给出的区域内总重合度NC2(YPP₁)代替区域内重合度NC2_r(YPP₁)：

NC2(YPP₁)＝NC2₁(YPP₁)×NC2₂(YPP₁)×NC2₃(YPP₁)  (19)

另外，可以用只考虑了对称性的区域内重合度NCF”(YPP₁)代替总重合度NCF’(YPP₁)，并且可以是区域内重合度NC2_r(YPP₁)或区域内总重合度NC2(YPP₁)。如果利用区域内总重合度NC2(YPP₁)作为区域内重合度NCF”(YPP₁)，则可以识别YPP₁＝YP₁处的峰来探测标记的位置，而如果利用区域内重合度NC2_r(YPP₁)作为区域内重合度NCF”(YPP₁)，则不能识别峰，因为有一些如图20B所示的峰。

另外，虽然在第一实施例中分析了沿从拾取的二维图象获得的一维(YF或YP轴)方向的一个信号波形，但可以直接分析二维图象以探测位置。例如，在散焦量的测量中，限定了与图11B中两个一维区域FD1_L和FD1_R对应的两个一维区域FD1_L’和FD1_R’，如图21所示。区域FD1_L’和FD1_R’关于穿过YF位置YF1₀并平行于YF轴的轴AYF1₀对称，并且在YF方向有宽度WW1(≥WF1)，在YF方向上区域FD1_L’和FD1_R’中心位置之间的距离LW1可变，以下称作“区域间距LW1”。在保持关于轴AYF1₀对称地移动区域FD1_L’和FD1_R’的同时，计算并分析代表两个二维图象之间的平移恒等性程度的区域间重合度以探测图象间距DW1。为了探测标记SYM(SθM)的Y位置，可以使用二维图象。

虽然在第一实施例中进行了校准显微镜AS的聚焦以拾取标记SYM和SθM的图象，但也可以对参考标记板FM上的标记进行观察。<第二实施例>

下面对本发明的第二实施例进行描述。根据本实施例的曝光设备具有与第一实施例的曝光设备100相同的结构，不同之处在于它探测标记SYM(SθM)的X-Y位置，而在第一实施例中探测标记SYM(SθM)的Y位置。即，只有图6中子程序106、112的过程不同，下面给出对这些部分的描述。用相同的标号表示与第一实施例中相同的部件，并且省去对这些组件的解释。

按照与第一实施例相同的方式执行图6中的步骤101～105，对标记SYM聚焦并拾取其图象，将标记SYM的第一拾取数据IMD1储存到拾取数据存储区41B。图22表示包含在第一拾取数据IMD1中的标记SYM的二维图象ISYM。在图22中，拾取装置74的光接收面中的XP和YP方向分别与晶片坐标系中的X和Y方向共轭。

如图22所示，二维图象ISYM具有对应于标记SYM的线条特征SML_m(m＝1～3)且分布在YP方向的线条图象IL_m以及线条图象之间的空间图象。线条图象IL_m是一个矩形图象，具有XP方向上的尺寸WPX和YP方向的宽度WP；线条图象IL_m在-XP方向的边缘位于XP位置XPL，而+XP方向上的边缘位于XP位置XPU(＝XPL+WPX)，并且PW1和PW2表示线条图象IL₁和IL₂在YP方向的中心位置YP₁和YP₂之间的距离，以及线条图象IL₂和IL₃在YP方向的中心位置YP₂和YP₃之间的距离，并且线条图象IL₁在-YP方向边缘的YP位置YPL与线条图象IL₃在+YP方向边缘的YP位置YPU之间的距离WPY相等(PW1+PW2+WP)。假设从设计信息等中已知尺寸WPX、WP和距离PW1、PW2。

在图23所示的子程序106中，从包含在拾取数据存储区41B中第一拾取数据IMD1中的二维图象ISYM(XP，YP)计算标记SYM的X-Y位置。

首先，在图16所示的子程序106的步骤171中，重合度计算单元32B的坐标变换单元33B从拾取数据存储区41B中读出包含二维图象ISYM(XP，YP)的第一拾取数据IMD1，随后限定图24中所示的四个二维区域PFD₁、PFD₂、PFD₃、PFD₄。此处，区域PFD_n(n＝1～4)是一个在XP和YP方向有宽度PW的正方形；区域PFD₁、PFD₂、PFD₃、PFD₄的中心位置分别设置为坐标(XPP₁，YPP₁)、(XPP₂，YPP₁)、(XPP₂，YPP₂)和(XPP₁，YPP₂)，其中XPP₂＝XPP₁+WPX，YPP₂＝YPP₁+WPY，并且区域PFD₁的中心坐标(XPP₁，YPP₁)可变。

随后，坐标变换单元33B决定扫描区域PFD_n的初始和最终位置，并且在初始位置处设置区域PFD_n。此处，中心坐标XPP₁，YPP₁的初始值可以足够小，但就快速测量标记SYM的X-Y位置而言，在预先的设计中，最好设置为稍小于XPL范围内的最小值以及YPL范围内的最小值。另外，中心坐标XPP₁，YPP₁的最终值可以足够大，但就快速测量标记SYM的X-Y位置而言，在预先的设计中，最好设置为稍大于XPL范围内的最大值以及YPL范围内的最大值。

接下来，简要描述在步骤172及其后续步骤中晶片W上标记SYM的X-Y位置(YX，YY)探测原理。

首先，在本实施例的X-Y位置(YX，YY)的探测中，通过从初始位置到最终位置对区域PFD_n二维扫描来探测图象空间的位置(XPL，YPL)，同时保持区域PFD_n之间的距离。维持区域PFD_n之间距离地扫描区域PFD_n的原因在于在扫描的一个时刻，当区域PFD_n中图象之间存在对称性时，坐标(XPP₁，YPP₁)与位置(XPL，YPL)重合。

即，当坐标(XPP₁，YPP₁)与位置(XPL，YPL)重合时，在区域PFD_n中图象之间的形状中存在如图25所示的旋转恒等性，并且在XP或YP方向上彼此相邻的区域PFD_n中的图象之间也存在对称性。下面更详细地描述恒等性和对称性。例如，在XP方向彼此相邻的区域PFD₁中的图象信号IS₁(XP，YP)和区域PFD₂中的图象信号IS₂(XP，YP)具有旋转恒等性，此时通过逆时针旋转图象信号IS₁(XP，YP)90度并关于一条穿过XP坐标XPP_1，2(＝(XPP₁+XPP₂)/2)并平行于YP轴的线对称来获得图象信号IS₂(XP，YP)，这种对称称作“YP轴-对称”。另外，在YP方向相邻的区域PFD₁中的图象信号IS₁(XP，YP)和区域PFD₄中的图象信号IS₄(XP，YP)具有旋转恒等性，此时通过逆时针旋转图象信号IS₁(XP，YP)270度并关于一条穿过YP坐标YPP_1，2(＝(YPP₁+YPP₂)/2)并平行于XP轴的线对称来获得图象信号IS₄(XP，YP)，以下这种对称称作“XP轴-对称”。在此，旋转角度的正方向是图25中的逆时针方向。

在本实施例中，通过分析旋转恒等性程度来检查坐标(XPP₁，YPP₁)是否与位置(XPL，YPL)重合，并且根据标记SYM的图象的二维位置来探测标记SYM的X-Y位置(YX，YY)。

具体地说，以下列方式探测图象的二维位置和标记SYM的X-Y位置(YX，YY)。

参见图23，在步骤171之后的步骤172中，坐标变换单元33B从彼此相邻的区域PFD_p和PFD_q的数对(P，q)((1，2)，(2，3)，(3，4)和(4，1))中选出第一对(如(1，2))，并从二维图象ISYM(XP，YP)中抽出区域PFD₁和PFD₂的图象信号IS₁(XP，YP)、IS₂(XP，YP)(见图25)。

接下来，在步骤173中，坐标变换单元33B通过绕中点(XPP₁，YPP₁)旋转坐标系90度变换图象信号IS₁(XP，YP)的坐标，其中坐标系的原点位于区域PFD₁的中心点(XPP₁，YPP₁)。首先在变换中，计算由下列方程给出的变换信号SIS₁(XP’，YP’)以用于平移坐标系，使得区域PFD₁的中心点(XPP₁，YPP₁)变为原点：

SIS₁(XP’，YP’)＝IS₁(XP，YP)              (20)

XP’＝XP-XPP₁                               (21)

YP’＝YP-YPP₁                               (22)

然后，由变换信号SIS₁(XP’，YP’)算出由下列方程给出的变换信号RIS₁(XP”，YP”)以用于绕原点旋转坐标系-90度：

RIS₁(XP”，YP”)＝SIS₁(XP’，YP’)         (23)

$=\left[\begin{array}{cc}0& -1\\ 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{XP}}^{\&prime;}\\ {\mathrm{YP}}^{\&prime;}\end{array}\right]$ $=\left[\begin{array}{c}-{\mathrm{YP}}^{\&prime;}\\ {\mathrm{XP}}^{\&prime;}\end{array}\right]$ (24)

接下来，利用下列方程，坐标变换单元33B通过平移坐标系得到变换的信号TIS₁(XP^#，YP^#)，使得区域PFO₂中心点(XPP₂，YPP₁)变为原点：

TIS₁(XP^#，YP^#)＝RIS₁(XP”，YP”)         (25)

XP^#＝XP”+XPP₂                             (26)

YP^#＝YP”+YPP₁                             (27)

结果，变换信号TIS₁(XP^#，YP^#)和图象信号IS₂(XP，YP)各自坐标系中的范围相同。

坐标变换单元33B把变换信号TIS₁(XP^#，YP^#)和图象信号IS₂(XP，YP)储存到坐标变换结果存储区42B中。

接下来，在步骤174中，计算处理单元34B从坐标变换结果存储区42B中读出变换信号TIS₁(XP^#，YP^#)和图象信号IS₂(XP，YP)，并计算变换信号TIS₁(XP^#，YP^#)和图象信号IS₂(XP，YP)之间的归一化相关度NCF_1，2(XPP₁，YPP₁)，它代表各个区域PFD₁和PFD₂中图象信号IS₁(XP，YP)、IS₂(XP，YP)之间的重合度。

接下来，在步骤175中，检查是否对所有的数对(p，q)已计算过归一化相关度NCF_p，q(XPP₁，YPP₁)。在此阶段，因为只对第一区域数对计算过归一化相关度NCF_p，q(XPP₁，YPP₁)，所以回答是NO，然后过程进行到步骤176。

在步骤176中，坐标变换单元33B选出下一区域数对并用下一区域数对替换区域数对(p，q)，然后过程进行到步骤173。

直到对所有的数对(p，q)都计算了归一化相关度NCF_p，q(XPP₁，YPP₁)，并且在步骤175中的回答是YES，重复表示区域数对(p，q)重合度的归一化相关度NCF_p，q(XPP₁，YPP₁)的计算。当步骤175中的回答为YES时，过程进行到步骤177。

在步骤177，计算处理单元34B由归一化相关度NCF_p，q(XPP₁，YPP₁)计算下列方程给出的总重合度NCF(XPP₁，YPP₁)：

NCF(XPP₁，YPP₁)＝NCF_1，2(XPP₁，YPP₁)×NCF_2，3(XPP₁，YPP₁)×NCF_3，4(XPP₁，YPP₁)×NCF_4，1(XPP₁，YPP₁)               (28)

并且将总重合度NCF(XPP₁，YPP₁)与当前坐标值(XPP₁，YPP₁)一起储存到重合度存储区43B。

接下来，在步骤178中，检查区域PFD_m是否已到达最终位置。在此阶段，因为只对初始位置计算了区域间重合度，所以回答是NO，因此过程进行到步骤179。

在步骤179中，坐标变换单元33B以一个对应于所需分辨率的间距增大坐标(XPP₁，YPP₁)，并且根据新的坐标(XPP₁，YPP₁)移动区域PFD_m。坐标变换单元33B按照与在初始位置时相同的方式执行步骤172～177，计算总重合度NCF(XPP₁，YPP₁)并将其与当前坐标(XPP₁，YPP₁)一起存储到重合度存储区43B中。

直到在步骤178中的回答为YES，在步骤179中，按照与上述相同的方式，每次增大坐标(XPP₁，YPP₁)一定间距，坐标变换单元33B执行步骤172～177以计算总重合度NCF(XPP₁，YPP₁)并将其与当前坐标(XPP₁，YPP₁)一起存储到重合度存储区43B中。

当区域PFD_m到达最终位置时，步骤178中的回答为YES，过程进行到步骤180。

在步骤180中，标记位置信息计算单元35B从晶片干涉仪18中读出晶片W的位置信息WPV，并从重合度存储区43B中读出重合度NCF(XPP₁，YPP₁)和相应的坐标(XPP₁，YPP₁)，再检查重合度NCF(XPP₁，YPP₁)与坐标(XPP₁，YPP₁)变化的关系，该实例示于图26中。在图26中，当坐标(XPP₁，YPP₁)与位置(XPL，YPL)重合时，重合度NCF(XPP₁，YPP₁)取最大值。因此，标记位置信息计算单元35B将坐标(XPP₁，YPP₁)设置为位置(XPL，YPL)，并再根据获得的位置(XPL，YPL)和晶片W的位置信息WPV获得标记SYM的X-Y位置(YX，YY)，其中在该位置坐标时，重合度NCF(XPP₁，YPP₁)在与变化坐标(XPP₁，YPP₁)的关系中取最大值。

在本实施例的位置(XPL，YPL)探测中，当作为坐标(XPP₁，YPP₁)的函数的重合度NCF(XPP₁，YPP₁)有一个从中确定最大值的有意义的峰时，标记位置不可测标识被关闭，而在重合度NCF(XPP₁，YPP₁)没有一个从中确定最大值的有意义的峰时，标识开启。

完成标记SYM的X-Y位置(YX，YY)探测之后，结束执行子程序106，并且过程返回到主程序。

之后，在图6所示的与第一实施例相同的过程中，除子程序112的过程与前述子程序106中的一样外，计算晶片旋转量θ_s，并再计算关于晶片W上拍摄区分布的六个参数：旋转θ、在X和Y方向上的比例因子S_x、S_y、正交性ORT、在X和Y方向上的偏置O_x、O_y，从而计算晶片W上每个拍摄区的分布坐标、即重叠校正过的位置。

之后，按照与第一实施例相同的方式，主控制系统20执行步进-扫描型曝光操作，重复逐步移动晶片W上每个拍摄区到扫描起始位置并根据提前测得的每个拍摄区的分布坐标和基线距离，通过在扫描方向上同步移动分划板台座RST和晶片台WST而将分划板图案转印到晶片上。

如前所述，根据本实施例，与第一实施例一样，可以精确地探测到晶片W的Z位置。另外，拾取形成在照明区ASL0上的标记SYM(SθM)图象，同时移动拾取坐标系(XP，YP)上的多个区域PFD_m，根据每对区域中信号波形的旋转恒等性计算从多个区域中选出的成对区域的区域间重合度，并且计算作为区域位置函数的区域间总重合度，并再通过获得区域间总重合度取最大值的区域的位置，可以精确地探测到标记SYM(SθM)的X-Y位置。另外，根据本实施例，根据精确探测到的标记SYM和SθM的Y位置观察精细的校准标记，从而精确地计算晶片W上拍摄区SA的分布坐标。并且根据计算结果精确校准晶片W，使得可以精确地把分划板R上的图案转印到拍摄区SA。

另外，在上述实施例中，用在标记SYM和SθM的X-Y位置探测中的多个区域的数量是四个，四对彼此相邻的区域的区域间重合度的乘积取作区域间总重合度。因此，可以避免一对区域中区域间重合度由于噪音等而增大的偶然误差对总重合度的影响，使得可以精确地探测到标记SYM(SθM)的X-Y位置。

另外，与第一实施例一样，因为通过一种与一个区域中的图象信号和另一个区域中的图象信号之间的对称性或旋转恒等性对应的方法提供用于变换坐标的坐标变换单元33A和33B，所以可以很容易地探测区域间重合度。另外，与第一实施例一样，因为计算了一个区域中坐标变换的图象信号与另一个区域中的图象信号之间的归一化相关度，所以可以精确地计算区域间重合度。

另外，虽然在第二实施例中将四对(p，q)彼此相邻的区域PFD_p、PFD_q的重合度的乘积取作总重合度，但也可以将三对(P，q)彼此相邻的区域PFD_p、PFD_q的重合度的乘积取作总重合度。另外，可以把处于对角的两对区域(1，3)、(2，4)的重合度之积取作总重合度，在这种情况下区域中具有180度的旋转恒等性。

另外，虽然在第二实施例中根据区域PFD_n中图象信号IS_n之间的旋转恒等性计算重合度，但也可以根据彼此相邻的区域中图象信号之间的对称性计算重合度。

另外，虽然在第二实施例中如图24所示地限定多个区域PFD_n(n＝1～4)，但也可以如同图27A所示地限定，即：

a.区域PFD_n可以是一个正方形，在XP和YP方向上具有宽度WP2(＞WP)。

b.区域PFD₁、PFD₂、PFD₃、PFD₄的中心位置分别设置为坐标(XPP₁，YPP₁)、(XPP₂，YPP₁)、(XPP₂，YPP₂)、(XPP₁，YPP₂)，此处XPP₂＝XPP₁+WPX，YPP₂＝YPP₁+PW1+PW2。

c.区域PFD₁的中心坐标(XPP₁，YPP₁)是可变的。在此情况下，如图27B所示，当坐标(XPP₁，YPP₁)与位置(XPL，YP₁)重合时，在XP方向彼此相邻的区域PFD_n中的图象信号之间存在180度的旋转恒等性和恒等性；在YP方向彼此相邻的区域PFD_n中的图象信号之间存在对称性和平移对称性。在对角线上的区域PFD_n中的图象信号之间存在180度的旋转恒等性；和在关于平行于XP方向并穿过其中心的线条的每个区域PFD_n中的图象信号中存在对称性。

在此情况下，根据坐标(XPP₁，YPP₁)与位置(XPL，YP₁)重合时出现的对称性或恒等性，如图27B所示(例如在XP方向相邻区域中的图象信号之间经过180度的旋转恒等性和在YP方向相邻区域PFD_n中的图象信号之间的对称性)，计算并检查区域间的重合度及总重合度，使得可以精确地探测图象ISYM(ISθM)的二维位置以及标记SYM(SθM)的X-Y位置。

虽然在第二实施例中把一种线条-间隔标记用作被探测二维位置的标记，但也可以使用如图28A或28B所示的格栅状标记。在这种格栅状标记中，根据格栅图案限定多个区域，并再通过检查从多个区域的图象信号之间和/或之中的重合度获得的总重合度，可以精确地探测到标记的图象的二维位置和标记的X-Y位置。也可以使用除线条-间隔标记和格栅状标记以外的标记。

虽然在第二实施例中直接检查了区域中的二维图象信号，但也可以变成一维信号来探测它们的位置。例如，通过把一个区域分成数量为N_x×N_y的子区域并计算每个子区域中二维图象信号的平均值以获得在XP方向变化的N_y个一维信号和在YP方向上变化的N_x个一维信号，并再检查多个区域中一维信号之间或之中的重合度，此处N_x表示在XP方向的数量，N_y表示在YP方向的数量，就可以精确地探测到标记SYM(SθM)的X-Y位置。

另外，虽然在第二实施例中把四对区域的重合度之积取作总重合度，但也可以把四对区域的重合度之和或平均值用作总重合度，与第一实施例中一样。

另外，虽然在第二实施例中，将一个区域中坐标变换的图象信号与另一个区域中的图象信号之间的归一化相关度算作区域间重合度，通过(a)计算一个区域中坐标变换的图象信号中点值与另一区域中图象信号中对应点值之差的绝对值之和，可以计算区域间重合度，或(b)计算一个区域中坐标变换的图象信号中的点值与另一区域中图象信号中对应点值之差的平方和或和的平方根，可以按照与第一实施例中相同的方式算出区域间重合度。

另外，在第一实施例和第二实施例中，如果在区域中的信号波形(或图象信号)之间存在类似性，则可以在区域间重合度的计算中进行坐标变换的正放大或缩小。

另外，虽然在第一和第二实施例中搜索了重合度最高的位置，但也可以根据标记的形状和区域的界定搜索重合度最低的位置。

另外，虽然在第一和第二实施例中假设可以拾取一个标记的整个图象，但如果标记的大小大于拾取场，则可以通过使拾取场扫描包含该标记的区域来拾取标记的图象，或者除了拾取场以外的一个区域外，只有拾取场中的区域可以用于计算重合度，在这种情况下取代拾取场以外的区域，可以新界定拾取场中的另外区域，或者可以对由较少区域算出的总重合度放大由实际数划分的区域的初始数量。

另外，虽然在第一和第二实施例中假设已知关于区域中图象对称的中心线或中心位置，但如果不知道，这需要通过改变区域间的距离来扫描区域，从而计算重合度。

另外，虽然第一和第二实施例描述了扫描型曝光设备的情形，但本发明可以应用到用于制造器件的曝光设备中，或液晶显示器中，如利用波长约为10nm的软X射线或紫外光做为光源的缩放投影曝光设备，利用波长约为1nm的光的X射线曝光设备，和利用EB(电子束)或离子束的曝光设备，无论是步进-重复型、步进-扫描型还是步进-缝合型。

另外，虽然在第一和第二实施例中已经描述了在曝光设备中对晶片上搜索校准标记的位置探测以及晶片的校准，但也可以应用本发明的标记及其位置的探测法和校准法探测晶片上精细校准标记的位置并校准晶片，以及用于探测分划板上校准标记的位置并校准分划板，并且还可以应用到除曝光设备以外的其它装置，如利用显微镜观察目标的装置以及用于探测目标的位置以及它们在组装线、加工线或检查线上的位置的装置。

近来，半导体电路日益精细的图案导致在平化形成于晶片W上的层表面以形成高精密度的精细电路图案的工艺(平坦化工艺)中的使用。一种典型的这类工艺是CMP工艺(化学及机械抛光工艺)，其中形成的膜的表面被抛光且基本上平坦化。此CMP工艺通常被用于电介质中间层，如半导体集成电路的导线层(金属)之间的二氧化硅。

另外，已经开发了一种STI(浅沟槽隔离)工艺，其中形成预定宽度的浅沟槽以绝缘彼此相邻的精细元件，并且用电介质膜填充沟槽。在STI工艺中，被置入电介质材料的层的表面通过CMP工艺平化，并且把聚硅形成到所得的表面中。下面参考图29A～29E对通过前述过程形成Y标记SYM’和其它特征的实例进行描述。

首先，如图29A的截面图所示，在硅晶片(基片)51上形成一个Y标记SYM’(对应于线条53的凹部和间隔55)和一个电路图案59(更具体地说是凹部59a)。

接下来，如图29B所示，在晶片51的表面51a上形成一个由电介质如二氧化硅(SiO₂)制成的绝缘膜60。随后，如图29C所示，通过CMP工艺对绝缘膜60抛光，使得晶片51的表面51a显露出来。结果，在电路图案区中形成电路图案59，凹部59a中填充电介质60，标记SYM’形成在标记区中，凹部、即多个线条53被电介质填充。

然后，如图29D所示，在晶片51的晶片表面51a的上层上形成聚硅膜63，聚硅膜63被光致抗蚀剂PRT覆盖。

当通过利用校准系统AS观察图29D所示晶片51上的标记SYM’时，与形成在下方的标记SYM’的结构对应的凹部或凸部不显现在聚硅层63的表面上。具有预定波长范围的光束(波长为550至780nm的可见光)不穿过聚硅层63。因此，不能利用采用可见光做为校准的探测光的校准法探测标记SYM’。另外，在探测光的主要部分为可见光的校准法中，会由于探测光探测量的减少而出现探测精确度的下降。

在图29D中，可以形成金属膜(金属层)63代替聚硅层63。在此情况下，金属层63上根本不出现反映形成在下层中的校准标记的凹凸部。一般地，因为用于校准的探测光不穿过金属层，所以可能不能探测到标记。

在前述CMP工艺之后观察其上形成有聚硅层63的晶片51(如图29D所示)时，如果可以选择或任意设定校准探测光的波长时，需要通过利用校准系统AS观察标记，其中校准系统AS使校准探测光的波长设置为除可见光以外的光的波长(例如，波长为约800～1500nm的红外光)。

如果CPM工艺之后不能选择校准探测光的波长或者金属层63形成在晶片51上，则通过光刻法去除图29E所示标记上金属层(或聚硅层)63的区域，可以通过校准系统AS观察标记。

也可以通过CMP工艺以与上述标记SYM’相同的方式形成θ标记。<器件的制造>

下面描述利用上述曝光设备和方法制造器件。

图30是本实施例中器件(半导体芯片，如IC或LSI，液晶板，CCD，薄磁头，微机械等)的制造流程图。如图30所示，在步骤201中(设计步骤)，执行器件的功能/性能设计(如半导体器件的电路设计)，并且进行图案设计以实现其功能。在步骤202(标记制作步骤)中，制作其上形成有设计电路的不同子图案的标记。在步骤203(晶片制作步骤)，通过利用硅材料等制作晶片。

在步骤204(晶片处理步骤)，通过光刻或利用在步骤201～203制备的标记和晶片在晶片上形成实际电路等，后面详述。在步骤205(器件组装步骤)中，用步骤204中处理的晶片组装器件。步骤205包括这些过程，如切割、粘结和封装(芯片封装)。

最后，在步骤206(检测步骤)中，对器件进行工作测试、耐用性测试等。这些步骤之后，结束该过程并装运器件。

图31是制作半导体器件时上述步骤204的详细实例流程图。参见图31，在步骤211(氧化步骤)中，氧化晶片的表面。在步骤212(CVD步骤)中，在晶片表面上形成一个绝缘膜。在步骤213(电极形成步骤)中，通过蒸镀在晶片上形成电极。在步骤214(离子置入步骤)中，将离子置入晶片中。上述步骤211～214构成晶片处理步骤中的预处理，重复该步骤，并根据每次重复中所需的处理选择执行。

当在每次重复晶片处理步骤中完成上述预处理时，以下列方式进行后处理。首先，在步骤215(抗蚀剂涂敷步骤)中，用光敏(抗蚀剂)材料涂敷晶片。在步骤216中，上述曝光设备按照上述方法把掩模上的电路的子图案转印到晶片上。在步骤217(显影步骤)中，对曝光的晶片显影。在步骤218(蚀刻步骤)中，通过蚀刻去除其上留有抗蚀剂的部分以外的未覆盖部分。在步骤219(抗蚀剂去除步骤)，去除蚀刻之后无用的抗蚀剂。

通过重复执行预处理和后处理，在晶片的每个拍摄区上形成一个多层电路图案。

通过上述方式可以高产量地制造其上精确地形成了精细尺寸的图案的器件。

工业实用性

如上所述，根据本发明的位置探测法和装置，在移动多个在观察坐标系上彼此具有预定的位置关系的多个区域的同时，根据其中给出的区域间对称性，依据目标的观察结果，算出多个区域的观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度。并且根据区域间重合度精确探测目标的位置，其中区域间重合度是观察坐标系中多个区域的位置的函数。因此，本发明的位置探测法和装置适于探测目标的位置信息。

另外，根据本发明的曝光法及曝光设备，因为可以利用本发明的位置探测法精确探测基片上校准标记的位置，并且根据校准标记的位置计算基片上拍摄区的位置信息，所以可以在精确控制基片位置的同时把给定的图案精确地转印到基片的每个拍摄区上。因此，本发明的曝光法和曝光设备适于以提高的重叠精确性重复对不同子图案的曝光，并且因而适于制造其上形成有精细图案的器件。

Claims (39)

1.一种探测目标的位置信息的位置探测法，该方法包括：

观察所述目标的观察步骤；

区域重合度计算步骤，根据给定的对称性计算多个区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度，其中多个区域在所述目标的观察坐标系上具有预定的位置关系；和

位置信息计算步骤，根据所述区域重合度计算所述目标的位置信息。

2.如权利要求1所述的位置探测法，其中在所述观察步骤中，观察形成在所述目标上的标记，并且在所述位置信息计算步骤中计算所述标记的位置信息。

3.如权利要求2所述的位置探测法，其中根据所述标记的形状确定所述多个区域。

4.如权利要求1所述的位置探测法，其中所述区域重合度是所述多个区域的各个观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度，其中考虑到了给定的区域间对称性。

5.如权利要求4所述的位置探测法，其中所述多个区域的数量为三个或更多，并且在所述区域重合度计算步骤中，对从所述多个区域中选出的多对区域的每一个计算区域间重合度。

6.如权利要求4所述的位置探测法，其中所述区域重合度计算步骤包括：

一个坐标变换步骤，利用对应于由与其它区域的关系限定的对称性的类型的坐标变换法来变换要被计算区域间重合度的一个区域中观察结果部分的坐标；和

区域间重合度计算步骤，根据所述一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和另一个区域中的观察结果部分计算所述区域间重合度。

7.如权利要求6所述的位置探测法，其中通过计算所述一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和所述另一个区域中的观察结果部分之间的归一化相关系数来进行所述区域间重合度的计算。

8.如权利要求6所述的位置探测法，其中通过计算所述一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和所述另一个区域中的观察结果部分之间的差值来进行所述区域间重合度的计算。

9.如权利要求6所述的位置探测法，其中通过计算总偏差和从所述总偏差获得的标准偏差中的一个来进行所述区域间重合度的计算，其中总偏差是所述一个区域中经过坐标变换的观察结果部分中的点处的值和所述另一个区域中观察结果部分中对应点处的值之间的偏差之和。

10.如权利要求4所述的位置探测法，其中在所述区域重合度计算步骤中，在保持所述多个区域间位置关系地移动所述观察坐标系上多个区域的同时，算出所述区域间重合度。

11.如权利要求4所述的位置探测法，其中在所述区域重合度计算步骤中，在改变所述多个区域间位置关系地移动所述观察坐标系上所述多个区域的同时，算出所述区域间重合度。

12.如权利要求4所述的位置探测法，其中所述多个区域为两个区域，并且在所述区域重合度计算步骤中，在彼此相反的方向上沿给定的轴向来移动所述两个区域，以改变所述两个区域间的距离的同时计算所述区域间重合度。

13.如权利要求4所述的位置探测法，其中在所述区域重合度计算步骤中，对于所述多个区域中至少一个区域的观察结果部分，根据给定的对称性进一步计算区域内重合度，并且在所述计算位置信息的步骤中，根据所述区域间重合度及所述区域内重合度获得所述目标的位置信息。

14.如权利要求1所述的位置探测法，其中所述区域重合度是所述多个区域的各个观察结果部分中至少一个观察结果部分的区域内重合度，并且考虑进了给定的区域内对称性。

15.如权利要求14所述的位置探测法，其中所述区域重合度计算步骤包括：

坐标变换步骤，利用对应于所述给定区域内对称性的坐标变换法变换所述要被计算区域内重合度的区域中观察结果部分的坐标；和

区域内重合度计算步骤，根据所述无坐标变换的观察结果部分和所述坐标变换过的观察结果部分来计算所述区域内重合度。

16.如权利要求15所述的位置探测法，其中所述区域内重合度计算通过计算所述无坐标变换的观察结果部分和所述坐标变换过的观察结果部分之间的归一化相关系数而进行。

17.如权利要求15所述的位置探测法，其中所述区域内重合度计算通过计算所述无坐标变换的观察结果部分和所述坐标变换过的观察结果部分之差而进行。

18.如权利要求15所述的位置探测法，其中所述区域内重合度计算通过计算总偏差和标准偏差中的至少一项而进行，其中总偏差是所述无坐标变换的观察结果部分中的点处的值和所述坐标变换过的观察结果部分中对应点处的值之间的偏差之和，标准偏差从所述总偏差获得。

19.如权利要求14所述的位置探测法，其中在所述区域重合度计算步骤中，在所述观察坐标系上移动所述要被计算区域内重合度的区域的同时，算出所述区域内重合度。

20.如权利要求19所述的位置探测法，其中对于两个或多个区域计算所述区域内重合度，并且保持所述两个或多个区域间位置关系地在所述观察坐标系上移动要计算所述区域内重合度的所述两个或多个区域。

21.如权利要求19所述的位置探测法，其中对于两个或多个区域计算所述区域内重合度，并且改变所述两个或多个区域间位置关系地在所述观察坐标系上移动要计算所述区域内重合度的所述两个或多个区域。

22.如权利要求1所述的位置探测法，其中在所述的观察步骤中，把观察到的N维图象信号投射到M维空间以获得所述观察结果，其中N是等于或大于2的自然数，M是小于N的自然数。

23.一种探测目标的位置信息的位置探测装置，该装置包括：

一个观察所述目标的观察单元；

一个重合度计算单元，根据给定的对称性计算多个区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度，其中多个区域在观察坐标系上有预定的位置关系；和

位置信息计算单元，根据所述区域重合度计算所述目标的位置信息。

24.如权利要求23所述的位置探测装置，其中所述观察单元包括一个拾取形成在所述目标上的标记的图象的单元。

25.如权利要求23所述的位置探测装置，其中所述区域重合度是所述多个区域中各个观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度，考虑进了给定的区域间对称性，并且所述重合度计算单元包括：

一个坐标变换单元，利用对应于由与其它区域的关系限定的对称性的类型的坐标变换法来变换要计算区域间重合度的一个区域中观察结果部分的坐标；和

一个处理单元，根据所述一个区域中经过坐标变换的观察结果部分和另一个区域中的观察结果部分计算所述区域间重合度。

26.如权利要求23所述的位置探测装置，其中所述区域重合度是所述多个区域的观察结果部分中至少一个观察结果部分中的区域内重合度，考虑进了给定的区域内对称性，并且所述重合度计算单元包括：

一个坐标变换单元，利用对应于所述给定的区域内对称性的坐标变换法来变换所述要被计算区域内重合度的区域中观察结果部分的坐标；和

一个处理单元，根据所述无坐标变换的观察结果部分和所述坐标变换过的观察结果部分来计算所述区域内重合度。

27.一种把给定的图案转印到基片上分划区中的曝光法，该曝光法包括：

位置计算步骤，利用权利要求1的位置探测法探测形成在所述基片上的位置探测标记的位置并计算所述基片上分划区的位置信息；和

转印步骤，根据在所述位置计算步骤中算出的所述分划区的位置信息，通过控制所述基片的位置而把所述图案转印到所述分划区上。

28.一种把给定的图案转印到基片上分划区中的曝光设备，该曝光设备包括：

一个台座单元，沿运动平面移动所述基片；和

一个根据权利要求23的位置探测装置，该装置安装在所述台座单元上并探测所述基片上标记的位置。

29.一个由探测目标的位置信息的位置探测装置执行的控制程序，该控制程序包括：

根据给定的对称性计算多个区域中至少一个区域的部分观察结果的区域重合度的程序，其中多个区域在所述目标的观察坐标系上有预定的位置关系；和

根据所述区域重合度计算所述目标的位置信息的程序。

30.如权利要求29所述的控制程序，其中在所述计算区域重合度时，根据给定的对称性计算形成在所述目标上的标记的观察结果中的区域重合度；和

在所述计算目标的位置信息时计算所述标记的位置信息。

31.如权利要求30所述的控制程序，其中根据所述标记的形状确定所述多个区域。

32.如权利要求29所述的控制程序，其中所述区域重合度是所述多个区域的各个观察结果部分中至少一对观察结果部分的区域间重合度，其中考虑进了给定的区域间对称性。

33.如权利要求32所述的控制程序，其中在计算所述区域间重合度时，保持所述多个区域之间位置关系地移动所述观察坐标系上所述多个区域的同时，计算所述区域间重合度。

34.如权利要求32所述的控制程序，其中在计算所述区域间重合度时，改变所述多个区域之间位置关系地移动所述观察坐标系上所述多个区域的同时，计算所述区域间重合度。

35.如权利要求29所述的控制程序，其中所述区域重合度是所述多个区域的观察结果部分中至少一个观察结果部分的区域内重合度，其中考虑进了给定的区域内对称性。

36.如权利要求35所述的控制程序，其中在计算所述区域内重合度时，在所述观察坐标系上移动要计算所述区域内重合度的一个区域的同时计算所述区域内重合度。

37.如权利要求35所述的控制程序，其中对两个或多个区域计算区域内重合度，并且在所述计算区域内重合度时，保持所述两个或多个区域之间位置关系地在所述观察坐标系上移动所述两个或多个区域。

38.如权利要求35所述的控制程序，其中对两个或多个区域计算区域内重合度，并且在所述计算区域重合度时，改变所述两个或多个区域之间位置关系地在所述观察坐标系上移动所述两个或多个区域。

39.一种包括光刻工艺的器件制造法，其中在所述的光刻工艺中，利用权利要求27所述的曝光法进行曝光。

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