JP2001267201A

JP2001267201A - 位置検出方法、位置検出装置、露光方法、及び露光装置

Info

Publication number: JP2001267201A
Application number: JP2000071449A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakajima; 伸一中島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】物体に形成されたマーク位置を合理的かつ精
度良くに検出する。【解決手段】観察装置によって得られた観察信号に基
づいて、特徴情報演算装置３２が、マークの特徴的な領
域に応じた波形特徴位置を求めるとともに、該波形特徴
位置それぞれにおける波形特徴量を求める。そして、位
置演算装置が３５、マークの特徴的な領域において波形
特徴位置が１つの場合、該１つの波形特徴位置をマーク
の特徴的な領域に応じた位置情報として求め、マークの
特徴的な領域において特徴波形位置が複数の場合、波形
特徴量に基づく複数の波形特徴位置の重み付け平均値を
算出してマークの特徴的な領域に応じた位置情報として
求める。引き続き、位置演算装置３５が、マークの特徴
的な位置ごとの位置情報に基づいて、マークの位置を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法、位
置検出装置、露光方法、及び露光装置に係り、より詳細
には、物体に形成されたマークの位置を検出する位置検
出方法及び位置検出装置、前記位置検出方法を使用する
露光方法、並びに前記位置検出装置を備える露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成された
パターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布された
ウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「基板
又はウエハ」という）上に転写する露光装置が用いられ
ている。こうした露光装置としては、いわゆるステッパ
等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニン
グ・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として
用いられている。かかる露光装置においては、露光に先
立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメン
ト）を高精度に行う必要がある。

【０００３】このためレチクルの位置検出及びウエハの
位置検出を高精度で行う必要がある。かかる位置検出に
あたって、レチクルに関しては、のアライメントにあた
っては、露光光を用いるものが一般的であり、露光光を
レチクル上に描画されたレチクルアライメントマークに
照射し、ＣＣＤカメラなどで撮像したレチクルアライメ
ントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計
測するＶＲＡ（VisualReticle Alignment）方式等が採
用されている。また、ウエハのアライメントにあたって
は、レーザー光をウエハ上のドット列状のウエハアライ
メントマークに照射し、そのマークにより回折または散
乱された光を用いてマーク位置を検出するＬＳＡ（Lase
r Step Alignment）方式、ハロゲンランプ等を光源と
する波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで
撮像したアライメントマークの画像データを画像処理し
てマーク位置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignm
ent）方式等が採用されている。かかるアライメントマ
ークとしては、ラインパターンとスペースパターンとが
組み合わされたマークが一般的に使用されている。例え
ば、所定方向に沿ってラインパターンとスペースパター
ンとが交互に配列されたライン・アンド・スペースマー
ク等が用いられている。

【０００４】以上のレチクルにおけるＶＲＡ方式や、ウ
エハにおけるＬＳＡ方式及びＦＩＡ方式では、レチクル
アライメントマークやウエハアライメントマークの観察
結果として得られる信号波形は、観察対象となったマー
クの形状に応じたものとなっているが、観察対象マーク
が観察系にとって位相マークであるか、明暗マークであ
るかによって、異なる観察波形が得られることになる。
すなわち、ラインパターンとスペースパターンとの光学
的な段差（以下、「マーク段差」という）に応じて、ラ
インパターンとスペースとの境界であるエッジ（以下、
「マークエッジ」という）周辺の観察波形が顕著な相違
を有することになる。すなわち、観察対象マークが位相
マークのときには、各マークエッジが観察信号上の暗線
となるため、１つのマークエッジ周辺における観察波形
は２つのエッジ（以下、「波形エッジ」という）を有す
る波形（以下、「位相物体波形」という）となる。一
方、観察対象マークが明暗マークのときには、１つのマ
ークエッジ周辺における観察波形は１つの波形エッジを
有する波形（以下、「明暗物体波形」という）となる。

【０００５】かかる２種の観察波形のいずれが観察され
るかは、上述のようにマーク段差によることから、該マ
ーク段差を発生させる、レチクルやウエハが経由した製
造プロセスに応じて、マークの位置検出前に、どちらの
種類の観察波形として位置検出処理をすべきかを、オペ
レータが露光装置に指示入力していた。そして、露光装
置は、事前に指示された観察波形の種類に応じて、マー
クの観察信号を処理してマーク位置を検出し、検出され
たマーク位置に基づいて位置合わせを行った後、レチク
ルに形成されたパターンをウエハに転写していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のマーク
位置の検出では、観察対象マークが形成されたレチクル
やウエハが経由した製造プロセスの種類によって、観察
対象マークのマークエッジ周辺における観察信号が位相
物体波形となるか明暗物体波形となるかが定まることを
前提としている。

【０００７】しかし、近年における化学的機械的研磨
（以下、「ＣＭＰ」という）技術に代表される平坦化技
術の進歩に応じたマークの低段差化の進行に伴い、レジ
スト膜による多重干渉のため、僅かなマーク段差やレジ
スト膜厚の変化により、マークエッジ周辺における観察
信号が位相物体波形となったり、明暗物体波形となった
りする。すなわち、同様な製造プロセスを経たレチクル
やウエハにおけるマークであっても、位相マークとして
振る舞ったり、明暗マークとして振る舞ったりする事態
が発生してきた。また、マークは、位相マークとしてや
明暗マークとして振る舞ったりするだけではなく、位相
マークと明暗マークとの中間のマークとして振る舞うこ
ともある。

【０００８】かかる事態は、ロット間やウエハ間で発生
するのみならず、１枚のウエハ内のマーク間でも発生し
得るし、更には、同一マーク内のマークエッジ間でも発
生し得る。

【０００９】こうした場合に、波形の傾斜量や信号レベ
ル変化量等の波形エッジらしさが閾値以上のものを波形
エッジとして、マークエッジ周辺の観察波形における波
形エッジの数を数え、波形エッジが１つの場合にはより
明暗物体波形らしいとして明暗物体波形に応じた処理を
し、一方、波形エッジが２つの場合にはより位相物体波
形らしいとして位相物体波形に応じた処理をすることが
考えられる。また、明暗物体波形及び位相物体波形の双
方のテンプレート波形とマークエッジ周辺の観察波形と
のテンプレートマッチングを行って正規化相関係数を求
め、より大きな正規化相関係数となったテンプレート波
形に応じた種類の波形らしいとしてその種類の波形に応
じた処理をすることも考えられる。

【００１０】これらの方法により明暗物体波形として処
理するか、位相物体波形として処理するかを判断した場
合には、観測波形の僅かな相違によって、処理方式が異
なることになる。一般に、明暗物体波形らしさと位相物
体波形らしさとが同様の観測波形については、明暗物体
波形として処理する場合と位相物体波形として処理する
場合とでは、求められるエッジ位置ひいてはマーク位置
が異なってくる。したがって、ほぼ同様の観測波形であ
ったのに、求められるエッジ位置（マーク位置）が観測
波形の相違の割には大きく異なることになり、不合理な
結果を招くことになる。

【００１１】一方、半導体素子等の更なる高集積化や微
細化の要請により、位置合わせ用マークの低段差化の傾
向は避けられない状況であるとともに、位置合わせ用マ
ークの検出精度の向上も求められている。すなわち、現
在、低段差のマークの高精度位置検出に関する新たな技
術が待望されているのである。

【００１２】本発明は、上記の事情のもとでなされたも
のであり、その第１の目的は、低段差のマークであって
も合理的かつ精度良くマーク位置を検出することが可能
な位置検出方法及び位置検出装置を提供することにあ
る。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、高精度の露
光が可能な露光方法及び露光装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の位置検出
方法は、物体（Ｗ）に形成された、マーク（ＳＹＭ，Ｓ
θＭ）の位置を検出する位置検出方法であって、前記物
体における前記マークの形成領域を観察する第１工程
と；前記第１工程で得られた観察信号の波形から、前記
マークにおける特徴的な領域それぞれに応じて、前記観
察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つの波形特徴
位置と、該波形特徴位置それぞれにおける波形特徴量を
求める第２工程と；前記マークの特徴的な領域において
前記波形特徴位置が１つの場合には、該１つの波形特徴
位置を前記マークの特徴的な領域に応じた位置情報と
し、前記マークの特徴的な領域において前記波形特徴位
置が複数の場合には、前記波形特徴量に基づく前記複数
の波形特徴位置の重み付け平均値を前記マークの特徴的
な領域に応じた位置情報として、前記位置情報に基づい
て、前記マークの位置を検出する第３工程とを含む位置
検出方法である。

【００１５】これによれば、第１工程におけるマークの
観察結果として得られた観察信号に基づいて、第２工程
において、マークの特徴的な領域に応じた波形特徴位置
を求めるとともに、該波形特徴位置それぞれにおける波
形特徴量を求める。そして、第３工程において、マーク
の特徴的な領域において波形特徴位置が１つの場合、該
１つの波形特徴位置をマークの特徴的な領域に応じた位
置情報とし、また、マークの特徴的な領域において波形
特徴位置が複数の場合、波形特徴量に基づく複数の波形
特徴位置の重み付け平均値をマークの特徴的な領域に応
じた位置情報とする。こうして求められたマークの特徴
的な位置ごとの位置情報に基づいて、マークの位置が検
出される。したがって、マークの特徴的な領域における
観察信号に含まれている位置検出に有用な波形の種類そ
れぞれの混合度に応じてマーク位置を検出することがで
きるので、同様な観察波形においてマーク位置検出結果
が観測波形の相違の割には大きく異なるという不合理な
結果を招くことを防止することができ、観察信号におけ
る位置検出に有用な波形の混合状態にかかわらず合理的
かつ精度良くマークの位置を検出することができる。

【００１６】本発明の第１の位置検出方法では、前記マ
ークにおける特徴的な領域それぞれに応じ、前記波形特
徴位置及び前記波形特徴量を求めるべき前記観察信号の
波形を、定性的に予め定めることができる。ここで、波
形を定めるとは、波形を定量的すなわち正確に定めるこ
とではなく、波形を定性的すなわち概略的に定めること
をいう。

【００１７】かかる場合には、マークにおける特徴的な
領域それぞれにおける観察波形から求められる波形特徴
位置及び波形特徴量を全て求めるのではなく、例えばマ
ークの特徴的な領域ごとの観察波形における波形特徴位
置及び波形特徴量を求める波形について、例えば微係数
の符号等の定性的な予め定められた性質を有する観察波
形の部分について波形特徴位置及び前記波形特徴量を求
める。そして、求められた波形特徴位置及び前記波形特
徴量に基づいて、マークの位置を検出する。したがっ
て、ノイズ波形の混入によるマーク位置の誤検出を低減
することができる。

【００１８】また、本発明の第１の位置検出方法では、
前記マークがラインパターン（ＳＭＬ）とスペースパタ
ーン（ＳＭＳ）とを有するときに、前記マークの特徴的
な領域を、前記ラインパターンと前記スペースパターン
との境界領域であるエッジ領域とすることができる。か
かる場合には、エッジ領域において、上述の明暗物体波
形、位相物体波形、又はこれらの波形の混合波形が観察
波形として得られる可能性があるが、いずれの波形が観
測されたとしても、明暗物体波形の混合度及び位相物体
波形の混合度に応じた、明暗物体波形の寄与度及び位相
物体波形の寄与度でマークの位置を検出することができ
る。

【００１９】波形特徴位置がエッジ領域の前記観察信号
における傾斜の絶対値が極大となる位置に応じた位置で
ある場合には、前記波形特徴量を、前記観察信号におけ
る傾斜の絶対値の極大値に応じた値とすることができ
る。かかる場合には、観察信号における波形エッジらし
さの強度を波形の傾斜の絶対値で評価する。そして、波
形エッジらしさの強度が極大となる波形エッジ位置に応
じた位置を波形特徴位置とし、波形の傾斜の絶対値の極
大値を波形特徴量として、マークの位置を検出する。す
なわち、波形の傾斜の絶対値で評価された波形エッジら
しさの度合に注目して、波形エッジらしさの強度に基づ
く波形エッジ位置の重み付け平均によって得られる位置
情報に基づいてマークの位置を求める。したがって、各
エッジ領域の観察信号における明暗物体波形の混合度と
位相物体波形の混合度とに応じたマーク位置を検出する
ことができる。

【００２０】また、波形特徴位置がエッジ領域の前記観
察信号における傾斜の絶対値が極大となる位置に応じた
位置である場合には、前記ラインパターン側の波形特徴
位置に応じた前記波形特徴量を、前記極点における信号
レベルと前記ラインパターンの領域における信号レベル
との差に応じた値とし、前記スペースパターン側の波形
特徴位置に応じた前記波形特徴量を、前記極点における
信号レベルと前記スペースパターンの領域における信号
レベルとの差に応じた値とすることができる。かかる場
合には、観察信号における波形エッジらしさの強度を観
察信号における波形エッジの高さで評価する。そして、
波形の傾斜の絶対値すなわち波形エッジらしさの強度が
極大となる波形エッジ位置に応じた位置を波形特徴位置
とし、その波形特徴位置が含まれる波形エッジの高さに
応じた値を波形特徴量として、マークの位置を検出す
る。すなわち、波形エッジの高さで評価された波形エッ
ジらしさの度合に注目して、波形エッジらしさの強度に
基づく波形エッジ位置の重み付け平均によって得られる
位置情報に基づいてマークの位置を求める。この場合に
も、各エッジ領域の観察信号における明暗物体波形の混
合度と位相物体波形の混合度とに応じたマーク位置を検
出することができる。

【００２１】本発明の第２の位置検出方法は、物体
（Ｗ）に形成された、マーク（ＳＹＭ，ＳθＭ）の位置
を検出する位置検出方法であって、前記物体における前
記マークの形成領域を観察する第１工程と；前記第１工
程で得られた観察信号の波形から、前記マークにおける
特徴的な領域それぞれに応じて、前記観察信号が特徴的
な波形となる少なくとも１つ波形特徴位置を求める第２
工程と；前記マークの特徴的な領域において前記波形特
徴位置が複数の場合には、複数のテンプレート波形それ
ぞれとの相対位置を変化させながら、前記観察波形と前
記複数のテンプレート波形それぞれとのテンプレートマ
ッチングを行い、相関係数が最大となる特定相対位置に
おける前記複数のテンプレート波形それぞれに関する相
関係数に基づく波形特徴量を求める第３工程と；前記マ
ークの特徴的な領域において前記波形特徴位置が１つの
場合には、該１つの波形特徴位置を前記マークの特徴的
な領域に応じた位置情報とし、前記マークの特徴的な領
域において前記波形特徴位置が複数の場合には、前記複
数の波形特徴位置の前記波形特徴量による重み付け平均
値を前記マークの特徴的な領域に応じた位置情報とし
て、前記位置情報に基づいて前記マークの位置を検出す
る第４工程とを含む位置検出方法である。

【００２２】これによれば、第１工程におけるマークの
観察結果として得られた観察信号に基づいて、第２工程
において、マークにおける特徴的な領域それぞれに応じ
て、観察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つ波形
特徴位置を求める。ここで、マークの特徴的な領域にお
いて波形特徴位置が複数の場合には、第３工程におい
て、マークの特徴的な領域において波形特徴位置が複数
の場合、複数のテンプレート波形それぞれとの相対位置
を変化させながら、観察波形と複数のテンプレート波形
それぞれとのテンプレートマッチングを行い、相関係数
が最大となる特定相対位置における複数のテンプレート
波形それぞれに関する相関係数に基づいて波形特徴量と
して求める。そして、第４工程において、マークの特徴
的な領域において波形特徴位置が１つの場合には、該１
つの波形特徴位置をマークの特徴的な領域に応じた位置
情報とし、また、マークの特徴的な領域において波形特
徴位置が複数の場合には、複数の波形特徴位置の波形特
徴量による重み付け平均値を算出してマークの特徴的な
領域に応じた位置情報とする。こうして求められたマー
クの特徴的な位置ごとの位置情報に基づいて、マークの
位置が検出される。したがって、マークの特徴的な領域
における観察信号に含まれている位置検出に有用な波形
の種類それぞれの混合度に応じてマーク位置を検出する
ことができるので、同様な観察波形においてマーク位置
検出結果が観測波形の相違の割には大きく異なるという
不合理な結果を招くことを防止することができ、観察信
号における位置検出に有用な波形の混合状態にかかわら
ず合理的かつ精度良くマークの位置を検出することがで
きる。

【００２３】本発明の第２の位置検出方法では、前記マ
ークがラインパターン（ＳＭＬ）とスペースパターン
（ＳＭＳ）とを有するときには、前記複数のテンプレー
ト波形が、前記ラインパターンと前記スペースパターン
との境界であるエッジ領域に応じた領域で単調に変化す
る第１のテプレート波形と、前記エッジ領域に応じた領
域で極点を有する第２のテプレート波形とを含むことと
することができる。かかる場合には、上述した明暗物体
波形に応じた第１のテンプレート波形と観察信号の波形
との相関係数値によって観察波形の明暗物体波形らしさ
が評価されるとともに、位相物体波形に応じた第２のテ
ンプレート波形と観察信号の波形との相関係数値によっ
て観察波形の位相物体波形らしさが評価される。そし
て、各テンプレートに関する相関係数に応じて、波形特
徴位置の重み付け平均を算出することにより位置情報を
求め、該位置情報に基づいて、マーク位置を検出する。
したがって、各エッジ領域の観察信号における明暗物体
波形の混合度と位相物体波形の混合度とに応じたマーク
位置を検出することができる。

【００２４】本発明の第１の位置検出装置は、物体
（Ｗ）に形成された、マーク（ＳＹＭ，ＳθＭ）の位置
を検出する位置検出装置であって、前記物体における前
記マークの形成領域を観察する観察装置（ＡＳ）と；前
記観察装置によって得られた観察信号の波形から、前記
マークにおける特徴的な領域それぞれに応じて、前記観
察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つ波形特徴位
置と、該波形特徴位置それぞれにおける波形の特徴の程
度に応じた波形特徴量を求める特徴情報演算装置（３
２）と；前記マークの特徴的な領域において前記波形特
徴位置が１つの場合には、該１つの波形特徴位置を前記
マークの特徴的な領域に応じた位置情報とし、前記マー
クの特徴的な領域において前記波形特徴位置が複数の場
合には、前記波形特徴量に基づく前記複数の波形特徴位
置の重み付け平均値を前記マークの特徴的な領域に応じ
た位置情報として、前記位置情報に基づいて、前記マー
クの位置を検出する位置演算装置（３５）とを備える位
置検出装置である。

【００２５】これによれば、観察装置によって得られた
観察信号に基づいて、特徴情報演算装置が、マークの特
徴的な領域に応じた波形特徴位置を求めるとともに、該
波形特徴位置それぞれにおける波形特徴量を求める。そ
して、位置演算装置が、マークの特徴的な領域において
波形特徴位置が１つの場合、該１つの波形特徴位置をマ
ークの特徴的な領域に応じた位置情報として求め、マー
クの特徴的な領域において波形特徴位置が複数の場合、
波形特徴量に基づく複数の波形特徴位置の重み付け平均
値を算出してマークの特徴的な領域に応じた位置情報と
して求める。引き続き、位置演算装置が、マークの特徴
的な位置ごとの位置情報に基づいて、マークの位置を検
出する。すなわち、本発明の第１の位置検出装置は、本
発明の第１の位置検出方法を使用して、マークの位置を
検出するので、マークの特徴的な領域における観察信号
に含まれている位置検出に有用な波形の種類それぞれの
混合度に応じてマーク位置を検出することができる。こ
れにより、同様な観察波形においてマーク位置検出結果
が観測波形の相違の割には大きく異なるという不合理な
結果を招くことを防止することができ、観察信号におけ
る位置検出に有用な波形の混合状態にかかわらず合理的
かつ精度良くマークの位置を検出することができる。

【００２６】本発明の第２の位置検出装置は、物体
（Ｗ）に形成された、マーク（ＳＹＭ，ＳθＭ）の位置
を検出する位置検出装置であって、前記物体における前
記マークの形成領域を観察する観察装置（ＡＳ）と；前
記観察装置によって得られた観察信号の波形から、前記
マークにおける特徴的な領域それぞれに応じて、前記観
察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つ波形特徴位
置とともに、前記マークの特徴的な領域において前記波
形特徴位置が複数の場合には、複数のテンプレート波形
それぞれとの相対位置を変化させながら、前記観察波形
と前記複数のテンプレート波形それぞれとのテンプレー
トマッチングを行い、相関係数が最大となる特定相対位
置における前記複数のテンプレート波形それぞれに関す
る相関係数を波形特徴量として求める波形特徴位置演算
装置（３２）と；前記マークの特徴的な領域において前
記波形特徴位置が１つの場合には、該１つの波形特徴位
置を前記マークの特徴的な領域に応じた位置情報とし、
前記マークの特徴的な領域において前記波形特徴位置が
複数の場合には、前記波形特徴量による前記複数の波形
特徴位置の重み付け平均値を前記マークの特徴的な領域
に応じた位置情報として、前記位置情報に基づいて、前
記マークの位置を検出する位置演算装置（３５）とを備
える位置検出装置である。

【００２７】これによれば、観察装置によって得られた
観察信号に基づいて、波形特徴位置演算装置が、マーク
における特徴的な領域それぞれに応じて、観察信号が特
徴的な波形となる少なくとも１つ波形特徴位置を求め
る。ここで、マークの特徴的な領域において波形特徴位
置が複数の場合には、波形特徴位置演算装置が、更に、
複数のテンプレート波形それぞれとの相対位置を変化さ
せながら、観察波形と複数のテンプレート波形それぞれ
とのテンプレートマッチングを行い、相関係数が最大と
なる特定相対位置における複数のテンプレート波形それ
ぞれに関する相関係数に基づいて波形特徴量を求める。
そして、位置演算装置が、マークの特徴的な領域におい
て波形特徴位置が１つの場合には、該１つの波形特徴位
置をマークの特徴的な領域に応じた位置情報として求
め、また、マークの特徴的な領域において波形特徴位置
が複数の場合には、複数の波形特徴位置の波形特徴量に
よる重み付け平均値をマークの特徴的な領域に応じた位
置情報として求める。引き続き、位置演算装置が、マー
クの特徴的な位置ごとの位置情報に基づいて、マークの
位置を検出する。すなわち、本発明の第２の位置検出装
置は、本発明の第２の位置検出方法を使用して、マーク
の位置を検出するので、マークの特徴的な領域における
観察信号に含まれている位置検出に有用な波形の種類そ
れぞれの混合度に応じてマーク位置を検出することがで
きる。これにより、同様な観察波形においてマーク位置
検出結果が観測波形の相違の割には大きく異なるという
不合理な結果を招くことを防止することができ、観察信
号における位置検出に有用な波形の混合状態にかかわら
ず合理的かつ精度良くマークの位置を検出することがで
きる。

【００２８】本発明の露光方法は、所定のパターンを基
板（Ｗ）上の区画領域（ＳＡ）に転写する露光方法であ
って、前記基板に形成された位置検出用マーク（ＳＹ
Ｍ，ＳθＭ）の位置を本発明の位置検出方法によって検
出して、前記基板上における前記区画領域の位置情報を
算出する位置算出工程と；前記位置算出工程において求
められた前記区画領域の位置情報に基づいて、前記基板
の位置制御を行いつつ、前記区画領域に前記パターンを
転写する転写工程とを含む露光方法である。

【００２９】これによれば、位置算出工程において、本
発明の位置検出方法を使用して、基板に形成された位置
検出用マークの位置を高精度で検出し、その検出結果に
基づいて基板上の区画領域の位置情報を算出する。そし
て、転写工程において、区画領域の位置情報に基づいて
基板の位置合わせを行いつつ、区画領域にパターンを転
写する。したがって、所定のパターンを精度良く区画領
域に転写することができる。

【００３０】本発明の露光装置は、所定のパターンを基
板（Ｗ）上の区画領域（ＳＡ）に転写する露光装置であ
って、前記基板を移動面に沿って移動させるステージ装
置と；前記ステージ装置に搭載された前記基板上のマー
ク（ＳＹＭ，ＳθＭ）の位置を検出する本発明の位置検
出装置とを備える露光装置である。これによれば、本発
明の位置検出装置により、基板上のマークの位置ひいて
は基板の位置を精度良く検出することができる。したが
って、ステージ装置が、精度良く求められた基板の位置
に基づいて基板を移動させることができる。この結果、
精度を向上して、所定のパターンを基板上の区画領域に
転写することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１〜図９を参照して説明する。

【００３２】図１には、本発明の一実施形態に係る露光
装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１
００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装
置である。この露光装置１００は、照明系１０、マスク
としてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳ
Ｔ、投影光学系ＰＬ、基板（物体）としてのウエハＷが
搭載されるウエハステージＷＳＴ、観察装置としてのア
ライメント顕微鏡ＡＳ、及び装置全体を統括制御する主
制御系２０等を備えている。

【００３３】前記照明系１０は、光源、フライアイレン
ズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変Ｎ
Ｄフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイック
ミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。
こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２
４３３号公報に開示されている。この照明系１０では、
回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラ
インドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光
ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。

【００３４】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
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ＲＳＴは、ここでは、磁気浮上型の２次元リ
ニアアクチュエータから成る不図示のレチクルステージ
駆動部によって、レチクルＲの位置決めのため、照明系
１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一
致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるととも
に、所定の走査方向（ここではＹ方向とする）に指定さ
れた走査速度で駆動可能となっている。さらに、本実施
形態では上記磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータ
はＸ駆動用コイル、Ｙ駆動用コイルの他にＺ駆動用コイ
ルを含んでいるため、Ｚ方向にも微小駆動可能となって
いる。

【００３５】レチクルステージＲＳＴのステージ移動面
内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干
渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例
えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レ
チクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置
情報はステージ制御系１９に送られ、ステージ制御系１
９はレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチ
クルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステ
ージＲＳＴを駆動する。

【００３６】レチクルＲの上方には、レチクルアライメ
ント系２２が配置されている。レチクルアライメント系
２２は、ここでは図示を省略したが、それぞれ露光光Ｅ
Ｌと同じ波長の照明光にて検出対象のマークを照明する
ための落射照明系と、その検出対象のマークの像を撮像
するためのアライメント顕微鏡とを含んで構成されてい
る。アライメント顕微鏡は結像光学系と撮像素子とを含
んでおり、アライメント顕微鏡による撮像結果は主制御
系２０に供給されている。この場合、レチクルＲからの
検出光をレチクルアライメント系２２に導くための不図
示の偏向ミラーが移動自在に配置されており、露光シー
ケンスが開始されると、主制御系２０からの指令によ
り、不図示の駆動装置により偏向ミラーはそれぞれレチ
クルアライメント系２２と一体的に露光光ＥＬの光路外
に退避される。なお、レチクル上方には、１対のレチク
ルアライメント系が配置されるが、図１では、これが代
表的に１つのレチクルアライメント系２２で示されてい
る。

【００３７】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの
方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとして
は、両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１
／５、又は１／４）を有する屈折光学系が使用されてい
る。このため、照明光学系からの照明光ＩＬによってレ
チクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを
通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してそ
の照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部
分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウ
エハＷ上に形成される。

【００３８】前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系
ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置さ
れ、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ２
５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハ
Ｗが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエハ
ホルダ２５は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの
光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動可能に構成
されている。また、このウエハホルダ２５は光軸ＡＸ回
りの微小回転動作も可能になっている。

【００３９】ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ方
向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領
域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることが
できるように、走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）にも移
動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域
を走査（スキャン）露光する動作と、次のショットの露
光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・ア
ンド・スキャン動作を行う。このウエハステージＷＳＴ
はモータ等を含むのウエハステージ駆動部２４によりＸ
Ｙ２次元方向に駆動される。

【００４０】ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位
置はウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」とい
う）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５
〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハス
テージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）ＷＰＶはステ
ージ制御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御
系２０は、この位置情報（又は速度情報）ＷＰＶに基づ
き、ステージ制御系１９及びウエハステージ駆動部２４
を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。

【００４１】また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ
の近傍には、基準マーク板ＦＭが固定されている。この
基準マーク板ＦＭの表面は、ウエハＷの表面と同じ高さ
に設定され、この表面にはアライメント用の基準マーク
が形成されている。

【００４２】前記アライメント顕微鏡ＡＳは、投影光学
系ＰＬの側面に配置された、オフアクシス方式のアライ
メントセンサである。このアライメント顕微鏡ＡＳは、
ウエハＷ上に形成されたウエハアライメントマーク（サ
ーチアライメントマーク及びファインアライメントマー
ク）の撮像結果を撮像信号ＩＭＤとして主制御系２０へ
向けて出力する。なお、本実施形態では、サーチアライ
メントマークの位置検出について本発明を適用してい
る。

【００４３】前記主制御系２０は、図２に示されるよう
に、主制御装置３０と記憶装置４０とを備えている。

【００４４】前記主制御装置３０は、ステージ制御系１
９にステージ制御データＳＣＤを供給する等して露光装
置１００の動作を制御する制御装置３９と、アライメン
ト顕微鏡ＡＳから送られてきた撮像データを収集する撮
像データ収集装置３１と、収集された撮像データからサ
ーチアライメントマークに応じた信号波形（以下、「マ
ーク信号波形」という）を抽出し、マーク信号波形の波
形特徴位置と波形特徴量とを求める特徴情報演算装置３
２と、マーク信号波形の波形特徴位置と波形特徴量とに
基づいて、サーチアライメントマークの位置を求める位
置演算装置３５とを備えている。ここで、特徴情報演算
装置３２は、収集された撮像データからマーク信号を抽
出するマーク信号抽出装置３３と、マーク信号の波形特
徴位置及び波形特徴量を算出する特徴算出装置３４とを
有している。また、位置演算装置３５は、特徴算出装置
３４によって算出された波形特徴位置の波形特徴量によ
る重み付け平均を算出ことにより、サーチアライメント
マークの特徴位置（以下、「マーク特徴位置」という）
を算出するマーク特徴位置算出装置３６と、上述したウ
エハ干渉計１８からのウエハＷの位置情報（速度情報）
ＷＰＶとマーク特徴位置とに基づいて、サーチアライメ
ントマークの位置を算出するマーク位置算出装置３７と
を有している。上記の主制御装置３０の各装置の作用は
後述する。

【００４５】前記記憶装置４０は、その内部に撮像デー
タ格納領域４１と、マーク信号波形格納領域４２と、波
形特徴情報格納領域４３と、マーク特徴位置格納領域４
４と、マーク位置格納領域４５とを有している。

【００４６】なお、本実施形態では、主制御装置３０を
上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、
主制御装置３０を計算機システムとして構成し、主制御
装置３０を構成する上記の各装置の機能を主制御装置３
０に内蔵されたプログラムによって実現することも可能
である。

【００４７】図１に戻り、露光装置１００には、投影光
学系ＰＬの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成
するための結像光束を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向よ
り供給する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエ
ハＷの表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して
受光する不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多
点フォーカス検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部
（図示省略）に固定されている。この多点フォーカス検
出系としては、例えば特開平５−１９０４２３号公報に
開示されるものと同様の構成のものが用いられ、ステー
ジ制御系１９はこの多点フォーカス検出系からのウエハ
位置情報に基づいてウエハホルダ２５をＺ方向及び傾斜
方向に駆動する。

【００４８】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の露光装置１００により、ウエハＷに対して第２層
目（セカンドレイヤ）以降の層の露光処理を行う際の動
作について、図２〜図７を参照しつつ説明する。

【００４９】まず、不図示のレチクルローダにより、レ
チクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがロードされ、主
制御系２０では、レチクルアライメント及びベースライ
ン計測を行う。具体的には、主制御系２０では、ウエハ
駆動装置２４を介してウエハステージＷＳＴ上の基準板
ＦＭを投影光学系ＰＬの直下に位置決めし、レチクルア
ライメント系２２を用いてレチクルＲ上のレチクルアラ
イメントマークと基準板ＦＭ上の第１基準マークとの相
対位置を検出した後、ウエハステージＷＳＴを所定量、
例えばベースライン量の設計値だけＸＹ面内で移動し
て、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて基準板ＦＭ上の第
２基準マークを検出する。このとき、主制御系２０で
は、このとき得られるアライメント顕微鏡ＡＳの検出中
心と第２基準マークの相対位置関係及び先に計測したレ
チクルアライメントマークと基準板ＦＭ上の第１基準マ
ークとの相対位置と、それぞれに対応するウエハ干渉計
１８の計測値とに基づいて、ベースライン量を計測す
る。

【００５０】このような準備作業の終了後、図３のフロ
ーチャートに示される動作が開始される。

【００５１】まず、ステップ１０１において、主制御系
２０では不図示のウエハローダの制御系にウエハＷのロ
ードを指示する。これにより、ウエハローダによって、
ウエハＷがウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ２５
上にロードされる。

【００５２】次に、ステップ１０２において、ウエハＷ
上に形成されたサーチ・アライメントマークの１つであ
るＹマークＳＹＭ（図４（Ａ）参照）を撮像する。

【００５３】前提として、ＹマークＳＹＭ及び後に撮像
対象となるθマークＳθＭ（図４（Ａ）参照）を含むサ
ーチ・アライメントマークは、前層までの露光の際に、
レチクルパターンと共にウエハＷに転写形成されている
ものとする。なお、サーチ・アライメントマークは、図
４に（Ａ）示されるショット領域ＳＡごとに付設されて
転写形成されているが、本実施形態では、少ないマーク
の位置の検出によって精度良く、ウエハ・ローテーショ
ン及びウエハＷの中心位置を算出するために、図４に示
されるように、Ｘ方向間隔が長く、かつ、ウエハＷの中
心位置からのＹ方向距離が長くなる２つのサーチ・アラ
イメントマークをＹマークＳＹＭとθマークＳθＭとし
て採用している。

【００５４】また、本実施形態では、サーチ・アライメ
ントマーク、すなわちＹマークＳＹＭ及びθマークＳθ
Ｍとして、図４（Ｂ）に示されるような、Ｙ方向に沿っ
て、Ｘ方向に延びるラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ
２，ＳＭＬ３とスペースパターンＳＭＳ１，ＳＭＳ２，
ＳＭＳ３，ＳＭＳ４とが交互に並べられたラインアンド
スペースマークを使用しているものとする。すなわち、
ラインパターンＳＭＬ_m（ｍ＝１〜３）の−Ｙ方向側に
はスペースパターンＳＭＳ_mが形成されており、また、
ラインパターンＳＭＬ_mの＋Ｙ方向側にはスペースパタ
ーンＳＭＳ_m+1が形成されている。そして、ＹマークＳ
ＹＭ及びθマークＳθＭは、設計値として、図３に示さ
れるように、各ラインパターンＳＭＬ_mが同一のライン
幅（Ｙ方向幅）ＤＬＷを有し、ラインパターンＳＭＬ₁
とラインパターンＳＭＬ₂との間のスペースパターンＳ
ＭＳ₂がスペース幅（Ｙ方向幅）ＤＬＤ₁とされ、また、
ラインパターンＳＭＬ₂とラインパターンＳＭＬ₃と間の
スペースパターンＳＭＳ₃がスペース幅ＤＬＤ₂とされて
いる。更に、設計上は、各ラインパターンＳＭＬ_mとス
ペース部ＳＭＳ_n（ｎ＝１〜４）との境界部（マークエ
ッジ部）それぞれは同様の形状となっている。なお、以
下の説明において、ラインパターンＳＭＬ_mの−Ｙ側の
マークエッジ部を「マーク左エッジ部」と記し、また、
ラインパターンＳＭＬ_mの＋Ｙ側のマークエッジ部を
「マーク右エッジ部」と記すものとする。また、マーク
左エッジ部とマーク右エッジ部とを総称する場合には
「マークエッジ部」と記すものとする。

【００５５】また、ウエハＷにおけるＹマークＳＹＭ及
びθマークＳθＭの形成領域は、図５（Ａ）のＹＺ断面
でＹマークＳＹＭのラインパターンＳＭＬ_mの近傍部が
代表的に示される、基層５１の表面にラインパターンＳ
ＭＬ_mが形成されており、ラインパターンＳＭＬ_m及びス
ペースパターンＳＭＳ_nを、上面がＣＭＰ等の平坦化処
理によって平坦化されたレジスト層ＰＲＴが覆ってい
る。レジスト層ＰＲＴの材質は、例えばポジ型レジスト
材や化学増幅型レジストであり、高い光透過性を有して
いる。また、基層５１の材質とラインパターンＳＭＬ_m
の材質とは互いに異なっており、一般に反射率や透過率
が互いに異なっている。本実施形態では、ラインパター
ンＳＭＬ_mの材質は反射率が高いものであり、かつ、基
層５１の材質はラインパターンＳＭＬ_mの材質よりも反
射率が低いものとしている。そして、基層５１及びライ
ンパターンＳＭＬ_mの上面はほぼ平坦であるとする。

【００５６】このとき、上方から照明光を照射し、マー
クＳＹＭ（ＳθＭ）の形成領域における反射光による像
を上方で観察すると、ラインパターンＳＭＬ_mが照射光
に対して明暗物体として振る舞うか、位相物体として振
る舞うかによって、マーク像における光強度のＹ方向分
布が異なる。ラインパターンＳＭＬ_mが明暗物体として
のみ振る舞うときのマーク像における光強度のＹ方向分
布ＩＳ（Ｙ）（以下、「明暗物体波形ＩＳ（Ｙ）」とい
う）は、図５（Ｂ）に示されるように、ラインパターン
ＳＭＬ_mの上面に対応するライン平坦部ＬＦ_mで光強度が
最も大きく且つ一定であり、スペースパターンＳＭＳ_n
上面（基層５１上面）に対応するスペース平坦部ＳＦ_n
で光強度が次に大きく且つ一定であり、そして、ライン
パターンＳＭＬ_mの上面と基層５１上面との間すなわち
エッジ部では、光強度が単調に変化する。一方、ライン
パターンＳＭＬ_mが位相物体としてのみ振る舞うときの
マーク像における光強度のＹ方向分布ＩＤ（Ｙ）（以
下、「位相物体波形ＩＤ（Ｙ）」という）は、図５
（Ｃ）に示されるように、ライン平坦部ＬＦ_mで光強度
が最も大きく且つ一定であり、スペース平坦部ＳＦ_nで
光強度が次に大きく且つ一定であり、そして、エッジ部
では、光強度がＪ字（又は、し字）状に変化する。

【００５７】なお、通常観察されるマーク像における光
強度のＹ方向分布は、明暗物体波形ＩＳ（Ｙ）と位相物
体波形ＩＤ（Ｙ）との中間の波形となる。すなわち、通
常の波形は、マークエッジ部において極小点すなわち谷
を有しているが、その谷の深さは、位相物体波形ＩＤ
（Ｙ）程深いものではない。

【００５８】なお、本実施形態では、サーチ・アライメ
ントマークを、ラインが３本のラインアンドスペースマ
ークが示されているが、サーチ・アライメントマークと
して採用されるラインアンドスペースマークにおけるラ
イン本数は、３本に限定されるものではなく、他の本数
であってもよい。また、本実施形態では、ライン間隔を
異ならせたが同一のライン間隔としてもよい。

【００５９】図３に戻り、ステップ１０２では、マーク
ＳＹＭの撮像にあたり、主制御系２０は、アライメント
顕微鏡ＡＳの倍率を低倍率に設定し、この状態で、アラ
イメント顕微鏡ＡＳの下方にマークＳＭＹが位置するよ
うに、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつウエハ
駆動装置２４を介してウエハステージＷＳＴを移動させ
る。そして、主制御系３０の制御装置３９からの指示に
応じて、アライメント顕微鏡ＡＳがＹマークＳＭＹを撮
像する。こうして、アライメント顕微鏡ＡＳによって撮
像された観察視野内の撮像データＩＭＤを、制御装置３
９からの指示に応じて、撮像データ収集装置３１が入力
し、撮像データ格納領域４１に格納することにより、撮
像データＩＭＤが収集される。

【００６０】次に、サブルーチン１０３において、撮像
データ格納領域４１に格納された撮像データに含まれる
信号波形からマークＳＹＭのＹ位置が算出される。

【００６１】サブルーチン１０３では、図６に示される
ように、まず、ステップ１２１において、撮像データに
含まれている信号波形パターンが検出されることによ
り、マークＳＹＭが検出される。かかるマークＳＹＭの
検出にあたっては、マーク信号抽出装置３３が、撮像デ
ータ格納領域４１に格納された撮像データを読み出し
て、前処理を行う。この前処理では、まず、観察領域の
Ｘ方向の中心付近における複数本（例えば、５０本）の
Ｙ方向走査線上の強度分布平均を求めることによりホワ
イトノイズを相殺した後、更に波形の平滑化を行って、
平均的なＹ方向に関する信号強度分布（以下、「信号波
形」ともいう）Ｉ（Ｙ）を求める。こうして求められた
信号波形Ｉ（Ｙ）の例が、図７（Ａ）に示されている。

【００６２】かかる信号波形Ｉ（Ｙ）は、図７（Ａ）に
示されるように、ライン平坦部ＬＦ _mで光強度が最も大
きく且つほぼ一定であり、スペース平坦部ＳＦ_nで光強
度が次に大きく且つほぼ一定であり、そして、各マーク
エッジ部において極小点すなわち谷を有している。こう
した信号波形Ｉ（Ｙ）の各エッジ部における谷は、通常
その深さが位相物体波形ＩＤ（Ｙ）程深いものではな
い。すなわち、信号強度分布Ｉ（Ｙ）は、上述した明暗
物体波形ＩＳ（Ｙ）と位相物体波形ＩＤ（Ｙ）との中間
の波形となっている。これは、マークＳＹＭの撮像にあ
たって、ラインパターンＳＭＬ_mがエッジ部において明
暗物体及び位相物体として振る舞うためである。なお、
ラインパターンＳＭＬ_mが明暗物体としてのみ振る舞う
場合には、信号強度分布Ｉ（Ｙ）は明暗物体波形ＩＳ
（Ｙ）となるし、また、ラインパターンＳＭＬ_mが位相
物体としてのみ振る舞う場合には、信号強度分布Ｉ
（Ｙ）は位相物体波形ＩＤ（Ｙ）となる。また、ライン
パターンＳＭＬ_mのエッジ部における明暗物体（あるい
は、位相物体）として振る舞う度合いは、ウエハＷ上に
おけるマーク位置、更にはマーク内位置によっても異な
る。したがって、同一のラインパターンＳＭＬ_mの両側
のエッジ部間においても信号波形Ｉ（Ｙ）が対称的では
ないこともある。

【００６３】図７（Ａ）に示されるように、信号波形Ｉ
（Ｙ）において、ラインパターンＳＭＬ_mに応じたライ
ン平坦部ＬＦ_mから−Ｙ方向（紙面左方向）進むと極小
点を経由してスペース平坦部ＳＦ_mに至る。この場合に
おけるライン平坦部ＬＦ_mから極小点までを「波形左内
エッジ部」、極小点からスペース平坦部ＳＦ_mまでを
「波形左外エッジ部」というものとする。そして、左内
エッジ部の高さをＨ_m1、左外エッジ部の高さをＤ_m1と表
すものとする。一方、ライン平坦部ＬＦ_mから＋Ｙ方向
（紙面右方向）進むと極小点を経由してスペース平坦部
ＳＦ_m+1に至る。この場合におけるライン平坦部ＬＦ_mか
ら極小点までを「波形右内エッジ部」、極小点からスペ
ース平坦部ＬＳ_m+1までを「波形右外エッジ部」という
ものとする。そして、右内エッジ部の高さをＨ_m2、右外
エッジ部の高さをＤ_m2と表すものとする。また、以下の
説明においては、波形左内エッジ部及び波形右内エッジ
部を総称するときには「波形内エッジ部」と記し、ま
た、波形左外エッジ部及び波形右外エッジ部を総称する
ときには「波形外エッジ部」と記すものとする。また、
波形左内エッジ部及び波形左外エッジ部を総称するとき
には「波形左エッジ部」と記し、また、波形右内エッジ
部及び波形右外エッジ部を総称するときには「波形右エ
ッジ部」と記すものとする。なお、図７（Ａ）において
は、Ｈ_m1＜Ｈ_m2及びＶ_m1＜Ｖ_m2の例、すなわち、ライン
パターンＳＭＬ_mのマーク右エッジにおける極小点の方
がマーク左エッジにおける極小点よりも信号レベルが小
さい場合の例が示されている。

【００６４】以上、マークＳＹＭに応じた信号波形Ｉ
（Ｙ）に注目して説明したが、実際の撮像データにはノ
イズ波形も含まれいる。そこで、マーク信号抽出装置３
３は、信号波形Ｉ（Ｙ）の微分波形ｄＩ／ｄＹを算出
し、マークエッジにおいて微分波形ｄＩ／ｄＹがピーク
又はバレー（負のピーク）を有すること（図７（Ｂ）参
照）を利用してマークを検出する。すなわち、微分波形
ｄＩ／ｄＹに現れるピーク又はバレーについて、ａ．ピ
ークの高さ又はバレーの深さがエッジとしての許容値の
範囲内であること、ｂ．Ｙ方向に微分波形ｄＩ（Ｙ）／
ｄＹを辿った場合に、信号波形が明暗物体波形の場合に
は、マーク左エッジ部に応じてピークが出現するととも
に、マーク右エッジ部に応じてバレーが出現すること、
ｃ．Ｙ方向に微分波形ｄＩ（Ｙ）／ｄＹを辿った場合
に、信号波形が明暗物体波形以外の波形の場合には、マ
ーク左エッジ部に応じてバレー及びピークが順次出現す
るとともに、マーク右エッジ部に応じてバレー及びピー
クが順次出現すること、ｄ．各ラインパターンＳＭＬ_m
の左右のマークエッジ部はほぼ対称的に形成されている
ことを仮定して、ライン平坦部ＬＦ_mのＹ方向中央部を
中心として、マーク右エッジ部に応じた波形と、マーク
左エッジに応じた波形とが所定程度の対称性を有してい
ること等の条件をテストすることにより、各ラインパタ
ーンＳＭＬ_mの波形エッジ部を絞りこむ。

【００６５】図６に戻り、ステップ１２２において、マ
ーク信号抽出装置３３が、上記の波形エッジの絞りこみ
の結果、全てのラインパターンＳＭＬ_mについて波形エ
ッジを検出できたか否かによって、マークＳＹＭを検出
できたか否かを判定する。ステップ１２２において否定
的な判定がなされると、処理はステップ１２３に移行
し、マーク信号抽出装置３３がマーク検出不可フラグＦ
をＯＮとする。そして、サブルーチン１０３の処理が終
了し、メインルーチンにリターンする。

【００６６】一方、ステップ１２２において肯定的な判
定がなされると、処理はステップ１２４に移行し、マー
ク信号抽出装置３３がマーク検出不可フラグＦをＯＦＦ
とする。

【００６７】このように処理がステップ１２４に移行し
た場合には、マークＳＹＭに応じた微分波形ｄＩ（Ｙ）
／ｄＹとして、図７（Ｂ）に示されるような微分波形ｄ
Ｉ（Ｙ）／ｄＹが得られている。かかる微分波形ｄＩ
（Ｙ）／ｄＹは、ライン平坦部ＬＦ_m及びスペース平坦
部ＳＦ_mに対応して、信号レベルがほぼ零の平坦部を有
しており、また、ライン平坦部ＬＦ_mについて、波形左
外エッジに対応して深さＶＤ_m1のバレー（負のピーク）
Ｖ_m1（Ｙ位置がＹＶ_m1）、波形左内エッジに対応して高
さＰＨ_m1のピークＰ_m1（Ｙ位置がＹＰ_m1）、波形右内エ
ッジに対応して深さＶＤ_m2のバレーＶ_m2（Ｙ位置がＹＶ
_m2）、及び波形右外エッジに対応して高さＰＨ_m2のピー
クＰ_m2（Ｙ位置がＹＰ_m2）を有している。ここで、上記
のようにラインパターンＳＭＬ_mのマーク右エッジ部に
おける谷の方がマーク左エッジ部における谷よりも深い
ので、図７（Ｂ）においては、波形外エッジに関してＶ
Ｄ_m1＜ＰＨ_m2、かつ、波形内エッジに関してＰＨ_m1＜Ｖ
Ｄ_m2となっている。なお、信号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体
波形の場合には、マーク外エッジに対応するバレー深さ
ＶＤ_m1及びピーク高さＰＨ_m2が共に零となる。

【００６８】図６に戻り、ステップ１２４において、マ
ーク信号抽出装置３３は、図７（Ｂ）に示された微分波
形ｄＩ（Ｙ）／ｄＹの波形情報をマーク信号波形格納領
域４２に格納する。

【００６９】次に、ステップ１２５において、特徴算出
装置３４は、マーク信号波形格納領域４２から微分波形
ｄＩ（Ｙ）／ｄＹの波形情報を読み出し、バレーＶ_m1の
Ｙ位置（左外エッジ位置）ＹＶ_m1、ピークＰ_m1のＹ位置
（左内エッジ位置）ＹＰ_m1、バレーＶ_m2のＹ位置（右内
エッジ位置）ＹＶ_m2、及びピークＰ_m2のＹ位置（右外エ
ッジ位置）ＹＰ_m2を抽出する。そして、特徴算出装置３
４は、波形内エッジに基づく波形特徴位置ＹＬ_mI及び波
形外エッジに基づく波形特徴位置ＹＬ_mOを、ＹＬ_mI＝（ＹＰ_m1＋ＹＶ_m2）／２ …（１）ＹＬ_mO＝（ＹＶ_m1＋ＹＰ_m2）／２ …（２）によって算出する。

【００７０】なお、信号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体波形の
場合には、ピークＰ_m1のＹ位置ＹＰ _m1及びバレーＶ_m2の
Ｙ位置ＹＶ_m2を抽出する。そして、波形特徴位置ＹＬ_mI
を（１）式によって算出する。

【００７１】引き続き、特徴算出装置３４は、位置ＹＶ
_m1，ＹＰ_m1，ＹＶ_m2，ＹＰ_m2それぞれに応じた波形特徴
量として、バレー深さＶＤ_m1、ピーク高さＰＨ_m1、バレ
ー深さＶＤ_m2、及びピーク高さＰＨ_m2を抽出する。な
お、信号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体波形の場合には、波形
特徴量の抽出は行わない。

【００７２】特徴算出装置３４は、こうして抽出された
波形特徴位置ＹＬ_mI，ＹＬ_mO、及び、波形特徴量Ｖ
Ｄ_m1，ＰＨ_m1，ＶＤ_m2，ＰＨ_m2を波形特徴情報として波
形特徴情報格納領域４３に格納する。なお、信号波形Ｉ
（Ｙ）が明暗物体波形の場合には、波形特徴位置Ｙ
Ｐ_m1，ＹＶ_m2を波形特徴情報として波形特徴情報格納領
域４３に格納する。

【００７３】次いで、ステップ１２６において、マーク
特徴位置算出装置３６は、波形特徴情報格納領域４３か
ら波形特徴情報を読み出して、各ラインパターンＳＭＬ
_mのＹ位置ＹＬ_mを算出する。

【００７４】かかるＹ位置ＹＬ_mの算出にあたって、信
号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体波形以外の波形であった場合
には、マーク特徴位置算出装置３６は、まず、内エッジ
重みＷ_Iを、Ｗ_I＝ＭＩＮ［ＰＨ_m1，ＶＤ_m2］ …（３）によって算出するとともに、外エッジ重みＷ_Oを、Ｗ_O＝ＭＩＮ［ＶＤ_m1，ＰＨ_m2］ …（４）によって算出する。そして、マーク特徴位置算出装置３
６は、Ｙ位置ＹＬ_mを、ＹＬ_m＝（Ｗ_I・ＹＬ_mI＋Ｗ_O・ＹＬ_mO）／（Ｗ_I＋Ｗ_O） …（５）によって算出する。こうして算出されたマークパターン
ＳＬ_mのＹ位置ＹＬ_mは、マーク左エッジ部における谷の
深さとマーク右エッジ部における谷の深さとが異なるこ
とに伴う波形特徴量の左右不均衡によって、ラインパタ
ーンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mが左右の一方に偏ったものと
なることが防止されたものとなっている。

【００７５】一方、信号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体波形で
あった場合には、マーク特徴位置算出装置３６は、ＹＬ_m＝ＹＬ_mI …（６）によって、Ｙ位置ＹＬ_mを算出する。

【００７６】上記の（５）式と（６）式とを比べると分
かるように、（５）式は、（６）式において「Ｗ_O＝
０」とした場合と一致している。ところで、信号波形Ｉ
（Ｙ）が明暗物体波形の場合は、上述のように波形外エ
ッジが存在しないので、ＶＤ_m1＝ＰＨ_m2＝０ …（７）である。すなわち、（５）式によるＹ位置ＹＬ_mは、波
形外エッジが存在しない明暗物体波形の場合の（６）式
を、「Ｗ_O＝０」としたときに含むものとなっている。
このため、上記の（５）式及び（６）式によってライン
パターンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mを算出した場合には、明
暗物体波形から位相物体波形までのラインパターンＳＭ
Ｌ_mのＹ位置ＹＬ_mを、マークエッジ部における谷の深さ
（谷が無い場合を含めて）に応じて連続的に算出するこ
とができる。そして、位相物体波形らしさ、すなわち、
波形外エッジの傾斜に応じて評価される位相物体波形ら
しさに応じて、ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mの
算出にあたっての波形外エッジの寄与の仕方を合理的に
定めている。この結果、マークＳＹＭの観察信号に含ま
れている明暗物体波形及び位相物体波形それぞれの混合
度に応じて、ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mが算
出される。

【００７７】マーク特徴位置算出装置３６は、以上のよ
うにして求められたラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置Ｙ
Ｌ_mをマーク特徴位置格納領域４４に格納する。

【００７８】次に、ステップ１２７において、マーク位
置算出装置３７は、マーク特徴位置格納領域４４から、
マークＳＹＭの各ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_m
を読み出す。また、マーク位置算出装置３７は、ウエハ
干渉計１８からのウエハＷの位置情報ＷＰＶを取り込
む。そして、マーク位置算出装置３７は、Ｙ位置ＹＬ_m
及び位置情報ＷＰＶに基づいて、マークＳＹＭのＹ位置
ＹＹを求める。こうして求められたマークＳＹＭのＹ位
置ＹＹを、マーク位置算出装置３７は、マーク位置格納
領域４５に格納する。

【００７９】こうして、マークＳＹＭのＹ位置ＹＹの検
出が終了すると、サブルーチン１０３の処理が終了し、
メインルーチンにリターンする。

【００８０】以上のようにして、サブルーチン１０３が
終了すると、図３に戻り、ステップ１０４において、マ
ークＳＹＭが検出され、そのＹ位置ＹＹが算出できたか
否かが、マーク検出不可フラグＦが「ＯＦＦ」であるか
否かによって判定される。ここで、否定的な判断がなさ
れると、マークＳＹＭの再検出や別のマークをＹマーク
としてその位置を検出する等のエラー処理が開始され
る。一方、肯定的な判断がなされると、処理はステップ
１０５に移る。

【００８１】次に、ステップ１０５及び１０６におい
て、上述のステップ１０２及び１０３と同様にして、マ
ークＳθＭのＹ位置Ｙθが求められる。引き続き、ステ
ップ１０７において、マークＳθＭが検出され、そのＹ
位置Ｙθが算出できたか否かが、マーク検出不可フラグ
Ｆが「ＯＦＦ」であるか否かによって判定される。ここ
で、否定的な判断がなされると、θマークＳθＭの再検
出や別のマークをθマークとしてその位置を検出する等
のエラー処理が開始される。一方、肯定的な判断がなさ
れると、処理はステップ１１１に移る。

【００８２】引き続き、ステップ１１１において、主制
御系２０は、上記のＹマークＳＹＭ及びθマークＳθＭ
の位置検出結果ＹＹ，Ｙθに基づいて、ウエハ・ローテ
ーションθ_sを、 θ_s＝（ＹＹ−Ｙθ）／Ｌ …（８）によって算出する。ここで、Ｌは、ＹマークＳＹＭとθ
マークＳθＭとの間の設計上のＸ方向距離である。

【００８３】次に、ステップ１１３において、主制御系
３２は、アライメント顕微鏡ＡＳの倍率を高倍率に設定
し、この状態で、上記ステップ１１１で求めたウエハ・
ローテーションθ_sを使用して、各サンプリング・マー
クがアライメント顕微鏡ＡＳの真下になる位置に、干渉
計システム１８の計測値をモニタしつつウエハ駆動装置
２４を介してウエハステージＷＳＴを順次位置決めしつ
つ、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて各サンプリングマ
ークを検出する。この際、主制御系２０では、各サンプ
リング・マークの検出時のアライメント顕微鏡ＡＳの計
測値とそのときの干渉計システム１８の計測値とに基づ
いて、各サンプリング・マークの座標位置を検出する。

【００８４】引き続き、ステップ１１４において、主制
御系２０は、例えば特開昭６１ー４４４２９号公報に開
示されるような最小自乗法を用いた統計演算を行い、ウ
エハＷ上の各ショット領域の配列に関するローテーショ
ンθ、Ｘ，Ｙ方向のスケーリングＳ_X，Ｓ_Y、直交度ＯＲ
Ｔ、Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯ_X、Ｏ_Yの６つのパラメー
タを算出する。

【００８５】次いで、ステップ１１５において、主制御
系３２は、上記６つのパラメータを所定の演算式に代入
して、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、すなわ
ち重ね合せ補正位置を算出する。

【００８６】なお、上記のステップ１１３，１１４，１
１５の処理の具体的内容は、例えば上記特開昭６１ー４
４４２９号公報等に詳細に開示されており、公知である
から、詳細な説明については省略する。

【００８７】その後、主制御系３２では、上で求めた各
ショット領域の配列座標と予め計測したベースライン距
離とに基づき、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のた
めの走査開始位置にウエハＷを順次ステッピングさせる
動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ
Ｔとを走査方向に同期移動させつつレチクルパターンを
ウエハ上に転写する動作とを、繰り返して、ステップ・
アンド・スキャン方式による露光動作を行う。これによ
り、ウエハＷに対する露光処理が終了する。

【００８８】次に、本実施形態の露光装置及び方法を使
用したデバイスの製造について説明する。

【００８９】図８には、本実施形態におけるデバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフロ
ーチャートが示されている。図８に示されるように、ま
ず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイ
スの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）
を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行
う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）
において、設計した回路パターンを形成したマスクを製
作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）
において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造す
る。

【００９０】次に、ステップ２０４（ウエハプロセスス
テップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で
用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、
リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形
成する。次いで、ステップ２０５（組立ステップ）にお
いて、ステップ２０４において処理されたウエハを用い
てチップ化する。このステップ２０５には、アッセンブ
リ工程（ダイシング、ボンディング）パッケージング工
程（チップ封入）等の工程が含まれる。

【００９１】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【００９２】図９には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図９において、ステップ２１１（酸化ステップ）に
おいてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハプロセスの各段階の前工程を構成し
ており、各段階において必要な処理に応じて選択されて
実行される。

【００９３】ウエハプロセスの各段階において、前工程
が終了すると、以下のようにして後工程が実行される。
この後工程では、まず、ステップ２１５（レジスト処理
ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布し、引き続
き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上記で
説明した露光装置１００及び露光方法によってマスクの
回路パターンをウエハに焼付露光する。次に、ステップ
２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを
現像し、引き続き、ステップ２１８（エッチングステッ
プ）において、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。そして、ステ
ップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチ
ングが済んで不要となったレジストを取り除く。

【００９４】これらの前工程と後工程とを繰り返し行う
ことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。

【００９５】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。

【００９６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、マークＳＹＭ，ＳθＭの観察結果として得られた観
察信号に基づいて、マークＳＹＭ，ＳθＭの特徴的な領
域であるラインパターンＳＭＬ_mのマークエッジ部に応
じた波形エッジ位置と、エッジらしさを表す、各波形エ
ッジ位置における傾斜量を求める。そして、エッジらし
さに応じて波形エッジ位置の重み付け平均を算出するこ
とにより、ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置を算出した
後、算出されたラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置に基づ
いて、マークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求め
ている。したがって、マークＳＹＭ，ＳθＭの観察信号
に含まれている明暗物体波形及び位相物体波形それぞれ
の混合度に応じてマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置を検出
することができるので、同様な観察波形においてマーク
位置検出結果が観測波形の相違の割には大きく異なると
いう不合理な結果を招くことを防止することができ、観
察信号における明暗物体波形と位相物体波形との混合状
態にかかわらず合理的かつ精度良くマークのＳＹＭ，Ｓ
θＭのＹ位置を検出することができる。そして、本実施
形態では、精度良く求められたマークＳＹＭ，ＳθＭの
Ｙ位置に基づいて、ファイアライメントマークを観察し
て、ウエハＷ上のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）の配列座
標を高精度で算出し、これらの算出結果に基づいて、ウ
エハＷの位置合わせを高精度で行うことができるので、
各ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）にレチクルＲに形成され
たパターンを迅速かつ精度良く転写することができる。

【００９７】また、本実施形態では、位相物体波形又は
位相物体波形が混合した波形の場合には、スペースパタ
ーン部からラインパターン部への方向に沿って進んだと
き、スペース平坦部の信号レベルから信号レベルが減少
した後に増加してライン平坦部に到達することを予定し
ている。また、明暗物体波形の場合には、スペースパタ
ーン部からラインパターン部への方向に沿って進んだと
き、スペース平坦部の信号レベルから単調に信号レベル
が増加してライン平坦部に到達することを予定してい
る。かかる仮定は、マークＳＹＭ，ＳθＭを構成する材
質から合理的なものである。そして、他の信号レベルの
変化は、ノイズであるとみなしている。したがって、ノ
イズを効率的に除去することができるので、迅速かつ精
度良くマークＳＹＭ，ＳθＭに応じた信号波形を抽出す
ることができる。

【００９８】また、本実施形態では、各波形エッジ部に
おける傾斜の絶対値の極大値によって各波形エッジの波
形エッジらしさを評価しているので、波形エッジらしさ
を合理的に評価することができる。そして、合理的に評
価された波形エッジらしさに応じて、各波形エッジ位置
の重み付け平均を算出することによって、マークＳＹ
Ｍ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求めている。したがっ
て、合理的かつ精度良くマークのＳＹＭ，ＳθＭのＹ位
置を検出することができる。

【００９９】なお、上記実施形態では、波形エッジらし
さを各波形エッジ部における傾斜の絶対値の極大値によ
って評価したが、各波形エッジに関するエッジ高さによ
ってエッジらしさを評価することも可能である（以下、
「第１変形例」という）。この場合には、上記の実施形
態と同様にして、前述の図６のステップ１２５におい
て、特徴算出装置３４が、波形特徴位置ＹＬ_mI，ＹＬ_mO
を抽出する。そして、特徴算出装置３４が、図７（Ａ）
に示される信号波形Ｉ（Ｙ）から、左外エッジ高さ
Ｄ_m1、左内エッジ高さＨ_m1、右内エッジ高さＤ_m2、及び
右外エッジ高さＨ_m2を、波形特徴量として抽出する。

【０１００】次に、図６のステップ１２６において、マ
ーク特徴位置算出装置３６が、波形特徴情報格納領域４
３から波形特徴情報を読み出して、各ラインパターンＳ
ＭＬ _mのＹ位置ＹＬ_mを算出するが、かかるＹ位置ＹＬ_m
の算出にあたって、信号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体波形以
外の波形であった場合には、マーク特徴位置算出装置３
６は、まず、内エッジ重みＷ_Iを、Ｗ_I＝ＭＩＮ［Ｈ_m1，Ｄ_m2］ …（９）によって算出するとともに、外エッジ重みＷ_Oを、Ｗ_O＝ＭＩＮ［Ｄ_m1，Ｈ_m2］ …（１０）によって算出する。こうして、内エッジ重みＷ_I及び外
エッジ重みＷ_Oが求まると、マーク特徴位置算出装置３
６が、上記の実施形態と同様にして、ラインパターンＳ
ＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mを、ＹＬ_m＝（Ｗ_I・ＹＬ_mI＋Ｗ_O・ＹＬ_mO）／（Ｗ_I＋Ｗ_O） …（１１）によって算出する。そして、以後、上記の実施形態と同
様に、ＹマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求
める。

【０１０１】なお、信号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体波形の
場合には、上記の実施形態と同様にして、ＹマークＳＹ
Ｍ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求める。

【０１０２】かかる場合においても、上記の実施形態と
同様に、マークＳＹＭ，ＳθＭの観察信号に含まれてい
る明暗物体波形及び位相物体波形それぞれの混合度に応
じてマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置を検出することがで
きるので、同様な観察波形においてマーク位置検出結果
が観測波形の相違の割には大きく異なるという不合理な
結果を招くことを防止することができ、観察信号におけ
る明暗物体波形と位相物体波形との混合状態にかかわら
ず合理的かつ精度良くマークのＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置
を検出することができる。

【０１０３】また、上記実施形態では、２つの内エッジ
位置について同一の重みＷ_Iを適用するとともに、２つ
の外エッジ位置について同一の重みを適用するＷ_Oを適
用して各ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mを算出し
たが、２つの左エッジ位置の重み付け平均によって左エ
ッジ位置を求めるとともに、２つの右エッジ位置の重み
付け平均によって右エッジ位置を求め、左エッジ位置及
び右内エッジに基づいて、ラインパターンＳＭＬ_mのＹ
位置ＹＬ_mを求めることも可能である（以下、「第２変
形例」という）。この場合には、前述の図６のステップ
１２５において、特徴算出装置３４が、左外エッジ位置
ＹＶ_m1、左内エッジ位置ＹＰ_m1、右内エッジ位置Ｙ
Ｖ_m2、及び右外エッジ位置ＹＰ_m2を波形特徴位置として
抽出するとともに、バレー深さＶＤ_m1、ピーク高さＰＨ
_m1、バレー深さＶＤ_m2、及びピーク高さＰＨ_m2を波形特
徴量として抽出する。

【０１０４】そして、マーク特徴位置算出装置３６が、
左エッジ位置ＹＬ_m1を、ＹＬ_m1＝（ＶＤ_m1・ＹＶ_m1＋ＰＨ_m1・ＹＰ_m1）／（ＹＶ_m1＋ＰＨ_m1） …（６）を算出して求めるとともに、右エッジ位置ＹＬ_m2を、ＹＬ_m2＝（ＶＤ_m2・ＹＶ_m2＋ＰＨ_m2・ＹＰ_m2）／（ＹＶ_m2＋ＰＨ_m2） …（７）を算出して求める。引き続き、マーク特徴位置算出装置
３６が、ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mを、ＹＬ_m＝（ＹＬ_m1＋ＹＬ_m2）／２ …（８）を算出して求める。そして、以後、上記の実施形態と同
様に、ＹマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求
める。

【０１０５】なお、信号波形Ｉ（Ｙ）が明暗物体波形の
場合には、上記の実施形態と同様にして、マークＳＹ
Ｍ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求める。

【０１０６】かかる場合においても、上記の実施形態と
同様に、マークＳＹＭ，ＳθＭの観察信号に含まれてい
る明暗物体波形及び位相物体波形それぞれの混合度に応
じてマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置を検出することがで
きるので、同様な観察波形においてマーク位置検出結果
が観測波形の相違の割には大きく異なるという不合理な
結果を招くことを防止することができ、観察信号におけ
る明暗物体波形と位相物体波形との混合状態にかかわら
ず合理的かつ精度良くマークのＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置
を検出することができる。

【０１０７】また、第２変形例についても、上記の実施
形態から第１変形例への変形と同様の変形をすることが
できる。

【０１０８】また、上記の実施形態や変形例では、ライ
ンパターンＳＭＬ_mのＹ位置を求め、マークＳＹＭ，Ｓ
θＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求めたが、ラインパターンＳ
ＭＬ _mに挟まれたスペースパターンＳＭＳについて、ラ
インパターンＳＭＬ_mの場合と同様にして、Ｙ位置を求
め、求められたスペースパターンＳＭＳのＹ位置に基づ
いて、ＹマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求
めることも可能である。

【０１０９】また、上記の実施形態及び変形例では、ラ
イン平坦部の方がスペース平坦部よりも信号レベルが高
い場合を説明したが、ライン平坦部の方がスペース平坦
部よりも信号レベルが低い場合であっても、同様にし
て、ＹマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθを求め
ることができる。この場合には、明暗物体波形の場合に
は、２つの外エッジ位置からラインパターンＳＭＬ_mの
Ｙ位置ＹＬ_mを求めることになる。

【０１１０】また、上記の実施形態及び変形例では、信
号波形Ｉ（Ｙ）における各波形エッジ部におけるエッジ
の傾斜量やエッジ高さに着目してエッジらしさを評価し
て、エッジ位置の重み付け平均を算出することにより、
ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位置ＹＬ_mを求めたが、テン
プレートマッチングによって、ラインパターンＳＭＬ_m
近傍の信号波形Ｉ（Ｙ）の明暗物体波形らしさ及び位相
物体波形らしさを評価して、エッジ位置の重み付け平均
を算出することにより、ラインパターンＳＭＬ_mのＹ位
置ＹＬ_mを求めることも可能である。

【０１１１】この場合には、上記の実施形態と同様にし
て、前述の図６のステップ１２５において、特徴算出装
置３４が、左外エッジ位置ＹＶ_m1、左内エッジ位置ＹＰ
_m1、右内エッジ位置ＹＶ_m2、及び右外エッジ位置ＹＰ_m2
を、波形特徴位置として抽出する。そして、特徴算出装
置３４が、予め用意された、図５（Ｂ）に示される明暗
物体波形に関する第１テンプレート波形とラインパター
ンＳＭＬ_mの近傍の信号波形Ｉ（Ｙ）とのテンプレート
マッチングを行い、第１相関係数ＣＳ（Ｙ）を算出す
る。また、特徴算出装置３４が、予め用意された、図５
（Ｃ）に示される明暗物体波形に関する第２テンプレー
ト波形とラインパターンＳＭＬ_mの近傍の信号波形Ｉ
（Ｙ）とのテンプレートマッチングを行い、第２相関係
数ＣＤ（Ｙ）を算出する。引き続き、特徴算出装置３４
は、第１相関係数ＣＳ（Ｙ）及び第２相関係数ＣＤ
（Ｙ）の中で最大値となるＹ位置Ｙ₀を抽出し、Ｙ位置
Ｙ₀における第１相関係数ＣＳ（Ｙ₀）及び第２相関係数
ＣＤ（Ｙ₀）を求める。

【０１１２】次に、図６のステップ１２６において、マ
ーク特徴位置算出装置３６が、波形特徴情報格納領域４
３から波形特徴情報を読み出して、各ラインパターンＳ
ＭＬ _mのＹ位置ＹＬ_mを、第１相関係数ＣＳ（Ｙ₀）及び
第２相関係数ＣＤ（Ｙ₀）に基づく重み付け平均を算出
することにより求める。そして、以後、上記の実施形態
と同様に、ＹマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置ＹＹ，Ｙθ
を求める。

【０１１３】かかる場合においても、上記の実施形態と
同様に、マークＳＹＭ，ＳθＭの観察信号に含まれてい
る明暗物体波形及び位相物体波形それぞれの混合度に応
じてマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置を検出することがで
きるので、同様な観察波形においてマーク位置検出結果
が観測波形の相違の割には大きく異なるという不合理な
結果を招くことを防止することができ、観察信号におけ
る明暗物体波形と位相物体波形との混合状態にかかわら
ず合理的かつ精度良くマークのＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置
を検出することができる。

【０１１４】なお、波形特徴位置を求める波形を、波形
内エッジ又は波形外エッジのいずれかのみと限定するこ
とも可能である。

【０１１５】また、上記の実施形態では、走査型露光装
置の場合を説明したが、本発明は、紫外線を光源にする
縮小投影露光装置、波長１０ｎｍ前後の軟Ｘ線を光源に
する縮小投影露光装置、波長１ｎｍ前後を光源にするＸ
線露光装置、ＥＢ（電子ビーム）やイオンビームによる
露光装置などあらゆるウエハ露光装置、液晶露光装置等
に適応できる。また、ステップ・アンド・リピート機、
ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・ス
ティッチング機を問わない。

【０１１６】また、上記の実施形態では、露光装置にお
けるウエハ上のサーチ・アライメントマークの位置検
出、及びウエハの位置合わせの場合を説明したが、本発
明を適用したマーク検出、位置検出、及び位置合わせ
は、ウエハ上のファイン・アライメントマークの位置検
出、及びウエハの位置合わせや、レチクル上のレチクル
アライメントマークの位置検出、及びレチクルの位置合
わせに用いることもできる。更に、露光装置以外の装
置、例えば重ね合わせ計測装置等の顕微鏡等を使用した
物体の観察装置、工場の組み立てライン、加工ライン、
検査ラインにおける対象物の位置決め装置等における物
体の位置検出やその物体の位置合わせにも利用可能であ
る。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置検出
方法によれば、マークの特徴的な領域における観察信号
に含まれている位置検出に有用な波形の種類それぞれの
混合度に応じてマーク位置を検出するので、同様な観察
波形においてマーク位置検出結果が観測波形の相違の割
には大きく異なるという不合理な結果を招くことを防止
することができ、観察信号における位置検出に有用な波
形の混合状態にかかわらず精度良くマークの位置を検出
することができる。

【０１１８】また、本発明の位置検出装置によれば、本
発明の位置検出方法を使用してマーク位置を検出するの
で、精度良くマーク位置の検出をすることができる。

【０１１９】また、本発明の露光方法によれば、本発明
の位置検出方法を使用して基板に形成された位置合わせ
マークの位置を精度良く検出し、そのマーク位置に基づ
いて基板の区画領域に関する位置情報を求めることがで
きるので、精度良く位置制御して、基板を所定のパター
ンを精度良く区画領域に転写することができる。

【０１２０】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の露光方法を使用して所定のパターンを基板に転写する
ので、所定のパターンを基板に精度良く転写することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の露光装置の概略構成を示す図であ
る。

【図２】図１の露光装置の主制御系の概略構成を示す図
である。

【図３】図１の露光装置におけるウエハ・アライメント
の手順を示すフローチャートである。

【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、サーチ・アライ
メントマークの例を説明するための図である。

【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、サーチ・アライメ
ントマークの構造例及び観察波形の典型例を説明するた
めの図である。

【図６】図３のマーク位置算出処理サブルーチンにおけ
る処理のフローチャートである。

【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、サーチ・アライ
メントマークの撮像結果を説明するための図である。

【図８】図１に示された装置を用いたデバイス製造方法
を説明するためのフローチャートである。

【図９】図８のウエハ処理ステップにおける処理のフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

３２…波形特徴情報演算装置、３５…位置演算装置、Ａ
Ｓ…アライメント顕微鏡（観察装置）、ＳＹＭ，ＳθＭ
…サーチ・アライメントマーク（マーク）、Ｗ…ウエハ
（基板、物体）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA03 AA14 BB02 BB28 CC20 DD00 FF01 FF51 GG02 GG03 GG04 HH13 JJ03 JJ26 LL20 LL24 PP12 QQ13 QQ25 QQ32 QQ36 QQ38 TT02 UU05 UU07 5F046 BA03 DB05 DB10 EA03 EA07 EA09 FC04 FC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体に形成された、マークの位置を検出
する位置検出方法であって、前記物体における前記マークの形成領域を観察する第１
工程と；前記第１工程で得られた観察信号の波形から、
前記マークにおける特徴的な領域それぞれに応じて、前
記観察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つの波形
特徴位置と、該波形特徴位置それぞれにおける波形特徴
量を求める第２工程と；前記マークの特徴的な領域にお
いて前記波形特徴位置が１つの場合には、該１つの波形
特徴位置を前記マークの特徴的な領域に応じた位置情報
とし、前記マークの特徴的な領域において前記特徴波形
位置が複数の場合には、前記波形特徴量に基づく前記複
数の波形特徴位置の重み付け平均値を前記マークの特徴
的な領域に応じた位置情報として、前記位置情報に基づ
いて、前記マークの位置を検出する第３工程とを含む位
置検出方法。
【請求項２】前記マークにおける特徴的な領域それぞ
れに応じ、前記波形特徴位置及び前記波形特徴量を求め
るべき前記観察信号の波形は、予め定められていること
を特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】前記マークは、ラインパターンとスペー
スパターンとを有し、前記マークの特徴的な領域は、前記ラインパターンと前
記スペースパターンとの境界領域であるエッジ領域であ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方
法。
【請求項４】前記波形特徴位置は、前記エッジ領域の
前記観察信号における傾斜の絶対値が極大となる位置に
応じた位置であることを特徴とする請求項３に記載の位
置検出方法。
【請求項５】前記波形特徴量は、前記エッジ領域の前
記観察信号における傾斜の絶対値の極大値に応じた値で
あることを特徴とする請求項４に記載の位置検出方法。
【請求項６】前記観察信号は、前記エッジ領域におい
て極点を有するとともに、前記極点の前記ラインパター
ン側及び前記スペースパターン側それぞれに前記波形特
徴位置を有し、前記ラインパターン側の波形特徴位置に応じた前記波形
特徴量は、前記極点における信号レベルと前記ラインパ
ターンの領域における信号レベルとの差に応じた値であ
り、前記スペースパターン側の波形特徴位置に応じた前
記波形特徴量は、前記極点における信号レベルと前記ス
ペースパターンの領域における信号レベルとの差に応じ
た値であることを特徴とする請求項４に記載の位置検出
方法。
【請求項７】物体に形成された、マークの位置を検出
する位置検出方法であって、前記物体における前記マークの形成領域を観察する第１
工程と；前記第１工程で得られた観察信号の波形から、
前記マークにおける特徴的な領域それぞれに応じて、前
記観察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つ波形特
徴位置を求める第２工程と；前記マークの特徴的な領域
において前記波形特徴位置が複数の場合には、複数のテ
ンプレート波形それぞれとの相対位置を変化させなが
ら、前記観察波形と前記複数のテンプレート波形それぞ
れとのテンプレートマッチングを行い、相関係数が最大
となる特定相対位置における前記複数のテンプレート波
形それぞれに関する相関係数に基づく波形特徴量を求め
る第３工程と；前記マークの特徴的な領域において前記
波形特徴位置が１つの場合には、該１つの波形特徴位置
を前記マークの特徴的な領域に応じた位置情報とし、前
記マークの特徴的な領域において前記波形特徴位置が複
数の場合には、前記複数の波形特徴位置の前記波形特徴
量による重み付け平均値を前記マークの特徴的な領域に
応じた位置情報として、前記位置情報に基づいて前記マ
ークの位置を検出する第４工程とを含む位置検出方法。
【請求項８】前記マークは、ラインパターンとスペー
スパターンとを有し、前記複数のテンプレート波形は、前記ラインパターンと
前記スペースパターンとの境界であるエッジ領域に応じ
た領域で単調に変化する第１のテプレートパターンと、
前記エッジ領域に応じた領域で極点を有する第２のテプ
レートパターンとを含むことを特徴とする請求項７に記
載の位置検出方法。
【請求項９】物体に形成された、マークの位置を検出
する位置検出装置であって、前記物体における前記マークの形成領域を観察する観察
装置と；前記観察装置によって得られた観察信号の波形
から、前記マークにおける特徴的な領域それぞれに応じ
て、前記観察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つ
波形特徴位置と、該波形特徴位置それぞれにおける波形
の特徴の程度に応じた波形特徴量を求める特徴情報演算
装置と；前記マークの特徴的な領域において前記波形特
徴位置が１つの場合には、該１つの波形特徴位置を前記
マークの特徴的な領域に応じた位置情報とし、前記マー
クの特徴的な領域において前記波形特徴位置が複数の場
合には、前記波形特徴量に基づく前記複数の波形特徴位
置の重み付け平均値を前記マークの特徴的な領域に応じ
た位置情報として、前記位置情報に基づいて、前記マー
クの位置を検出する位置演算装置とを備える位置検出装
置。
【請求項１０】物体に形成された、マークの位置を検
出する位置検出装置であって、前記物体における前記マークの形成領域を観察する観察
装置と；前記観察装置によって得られた観察信号の波形
から、前記マークにおける特徴的な領域それぞれに応じ
て、前記観察信号が特徴的な波形となる少なくとも１つ
波形特徴位置とともに、前記マークの特徴的な領域にお
いて前記波形特徴位置が複数の場合には、複数のテンプ
レート波形それぞれとの相対位置を変化させながら、前
記観察波形と前記複数のテンプレート波形それぞれとの
テンプレートマッチングを行い、相関係数が最大となる
特定相対位置における前記複数のテンプレート波形それ
ぞれに関する相関係数を波形特徴量として求める波形特
徴位置演算装置と；前記マークの特徴的な領域において
前記波形特徴位置が１つの場合には、該１つの波形特徴
位置を前記マークの特徴的な領域に応じた位置情報と
し、前記マークの特徴的な領域において前記波形特徴位
置が複数の場合には、前記波形特徴量による前記複数の
波形特徴位置の重み付け平均値を前記マークの特徴的な
領域に応じた位置情報として、前記位置情報に基づい
て、前記マークの位置を検出する位置演算装置とを備え
る位置検出装置。
【請求項１１】所定のパターンを基板上の区画領域に
転写する露光方法であって、前記基板に形成された位置検出用マークの位置を請求項
１〜８のいずれか一項に記載の位置検出方法によって検
出して、前記区画領域の位置に関する所定数のパラメー
タを求め、前記基板上における前記区画領域の配列情報
を算出する配列算出工程と；前記配列算出工程において
求められた前記区画領域の配列情報に基づいて、前記基
板の位置制御を行いつつ、前記区画領域に前記パターン
を転写する転写工程とを含む露光方法。
【請求項１２】所定のパターンを基板上の区画領域に
転写する露光装置であって、前記基板を移動面に沿って移動させるステージ装置と；
前記ステージ装置に搭載された前記基板上のマークの位
置を検出する請求項９又は１０に記載の位置検出装置と
を備える露光装置。