JP2004103992A - マーク検出方法及び装置、位置検出方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】物体に形成されたマークを迅速かつ精度良く検出する。
【解決手段】物体の観察領域内においてマークが存在する可能性のある全域にわたって、マークに関する第１の特徴量を求める（ステップ１４２〜１４５）。こうして求められた第１の特徴量の分布から観察領域内におけるマーク候補を抽出する（ステップ１４６）。引き続き、抽出されたマーク候補それぞれについて、第１の特徴量とは異なるマークに関する第２の特徴量を求める（ステップ１４７）。そして、求められたマーク候補ごとの第２の特徴量に基づいて、マーク候補の中からマークを特定する（ステップ１４８）
【選択図】 図７
【解決手段】物体の観察領域内においてマークが存在する可能性のある全域にわたって、マークに関する第１の特徴量を求める（ステップ１４２〜１４５）。こうして求められた第１の特徴量の分布から観察領域内におけるマーク候補を抽出する（ステップ１４６）。引き続き、抽出されたマーク候補それぞれについて、第１の特徴量とは異なるマークに関する第２の特徴量を求める（ステップ１４７）。そして、求められたマーク候補ごとの第２の特徴量に基づいて、マーク候補の中からマークを特定する（ステップ１４８）
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マーク検出方法、マーク検出装置、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、より詳しくは、物体に形成されたマークを検出するマーク検出方法及び前記マーク検出方法を使用して物体に形成されたマークを検出するマーク検出装置、前記マーク検出方法によって検出されたマークの位置情報を検出する位置検出方法及び位置検出装置、並びに前記位置検出方法によって検出された位置情報に基づいて露光動作を行う露光方法及び露光装置に関する。
【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、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（Ｖｉｓｕａｌ Ｒｅｔｉｃｌｅ 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（Ｌａｓｅｒ 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 Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等が採用されている。かかるウエハのアライメント方式では、近年におけるアライメント精度向上の要請から、マーク変形やレジスト塗りむら等に対して耐性の高いＦＩＡ方式が主流となっている。
【０００４】
以上のような、ＶＲＡ，ＬＳＡ，ＦＩＡ等の光学式アライメント方式では、まず、マークを含む領域の画像信号（１次元信号を含む）を収集する。そして、収集された画像信号のうち、どの部分がマークを反映しているかを特定し、収集された画像信号内のマーク像に対応した画像信号（以下、「マーク信号」という）を認識していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマークの認識にあたっては、そのマークが元々保有しており、マーク信号においても保有していることが予測される特徴を反映していると推定される波形を有するマーク信号候補を全画像信号中から抽出し、抽出されたマーク信号候補におけるその特徴の反映度（以下、「特徴量」という）が最も大きなものをマーク信号として特定している。かかるマーク信号の特定にあたっては、一般に、考慮する特徴の数の種類が多いほどマークの検出精度が高くなる。また、空間的な次元（以下、単に「次元」という）が低い特徴（例えば、１次元特徴）よりも、次元が高い特徴（例えば、１次元特徴に対する２次元特徴）の方がより多くの特徴量情報を有しているので、マークの検出精度の観点からは、次元が高い特徴に関する特徴量を使用することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、多くの特徴それぞれについて、全画像信号中における特徴量分布を求めるのにあたっては、計算資源又は計算時間の増大を避けることができない。また、次元の高い特徴について、全画像信号中における特徴量分布を求めるのにあたっては、次元の低い特徴についての場合よりも計算資源又は計算時間が増大することになる。すなわち、マーク検出精度の向上の観点からすると望ましいとされる、多くの高い次元の特徴それぞれについて、全画像信号中における特徴量分布を求めるためには、計算資源又は計算時間が大きく増大することになる。
【０００７】
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、迅速かつ精度良くマークを検出することが可能なマーク検出方法及びマーク検出装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、迅速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。
【０００９】
また、本発明の第３の目的は、迅速かつ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）を検出するマーク検出方法であって、前記物体を観察する観察工程と；前記マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察工程における観察領域内におけるマーク候補を抽出する抽出工程と；前記第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定する特定工程と；を含むマーク検出方法である。
【００１１】
これによれば、観察工程における物体の観察結果について、抽出工程において、マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察工程における観察の際の観察領域内でマーク候補を抽出する。そして、特定工程において、第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定する。すなわち、第１の特徴量に基づいてマーク候補抽出を行い、明らかにマークが存在しない領域と、マークである可能性があるマーク候補が存在する領域とを判別する。そして、特定工程において、マーク候補が存在する領域それぞれについての第２の特徴量に基づいて、最もマークらしいと推定されるマーク候補を実際のマークとして特定する。したがって、迅速かつ精度良くマークを検出することができる。
【００１２】
本発明のマーク検出方法では、前記第１の特徴量を前記マークの第１の形状特徴に応じたものするとともに、前記第２の特徴量を、前記第１の形状特徴とは異なる前記マークの第２の形状特徴に応じたものとすることができる。
【００１３】
ここで、前記第１の形状特徴と前記第２の形状特徴とを、同一次元の形状特徴とすることができる。
【００１４】
この場合、前記マークを、複数の１次元的な形状特徴を有するマークとすることができる。
【００１５】
本発明のマーク検出方法において、第１の形状特徴に応じた第１の特徴量、及び、第１の特徴量とは異なる第２の形状特徴に応じた第２の特徴量を用いる場合には、前記第１の形状特徴を、前記第２の形状特徴よりも低い次元の形状特徴とすることができる。
【００１６】
ここで、前記マークが、少なくとも１つの１次元的な形状特徴と、少なくとも１つの２次元的な形状特徴とを有するとき、前記第１の形状特徴を前記少なくとも１つの１次元的な形状特徴から予め選択し、また、前記第２の形状特徴を前記少なくとも１つの２次元的な形状特徴から予め選択することができる。
【００１７】
また、本発明のマーク検出方法では、前記第１の特徴量と前記第２の特徴量とを、前記マークの同一の形状特徴について互いに異なる精度で抽出されたものとすることができる。
【００１８】
ここで、前記第１の特徴量と前記第２の特徴量とが、互いに異なるアルゴリズムに従って算出されることとすることができる。
【００１９】
また、本発明のマーク検出方法では、前記第１の特徴量を前記マークの鏡映対称度とし、前記第２の特徴量を前記マークの並進対称度とすることができる。
【００２０】
本発明のマーク検出装置は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）を検出するマーク検出装置であって、前記物体を観察する観察装置（ＡＳ）と；前記マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察装置の観察領域内におけるマーク候補を抽出する抽出装置（３３）と；前記第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定するマーク特定装置（３４）と；を備えるマーク検出装置である。
【００２１】
これによれば、観察装置による物体の観察結果について、抽出装置が、マークに関する第１の特徴量に基づいて、観察領域内からマーク候補を抽出する。そして、特定装置が、第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定する。すなわち、本発明のマーク検出装置は、本発明のマーク検出方法を使用してマークを検出する。したがって、迅速かつ精度良くマークを検出することができる。
【００２２】
本発明のマーク検出装置では、前記第１の特徴量を前記マークの鏡映対称度とし、前記第２の特徴量を前記マークの並進対称度とすることができる。
【００２３】
本発明の位置検出方法は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）の位置情報を検出する位置検出方法であって、前記マークを、本発明のマーク検出方法を使用して検出するマーク検出工程と；前記マーク検出工程において検出された前記マークの位置情報を検出するマーク位置検出工程と；を含む位置検出方法である。
【００２４】
これによれば、マーク検出工程において、本発明のマーク検出方法を使用して、迅速かつ精度良くマークを検出する。そして、マーク位置検出工程において、マーク検出工程において検出されたマークの位置情報を検出する。したがって、迅速かつ精度良くマークの位置情報を検出することができる。
【００２５】
本発明の位置検出装置は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）の位置情報を検出する位置検出装置であって、前記マークを検出する本発明のマーク検出装置と；前記マーク検出装置によって検出された前記マークの位置情報を算出するマーク位置算出装置（３４）と；を備える位置検出装置である。
【００２６】
これによれば、本発明のマーク検出装置が、迅速かつ精度良くマークを検出する。そして、マーク位置算出装置が、マーク検出装置によって検出されたマークの位置情報を算出する。したがって、迅速かつ精度良くマークの位置情報を算出することができる。
【００２７】
本発明の露光方法は、所定のパターンを基板（Ｗ）に形成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本発明の位置検出方法によって検出し、前記基板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基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記基板に形成する形成工程と；を含む露光方法である。
【００２８】
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迅速かつ高精度で検出し、その検出結果に基づいて基板の位置情報を算出する。そして、形成工程において、基板の位置情報に基づいて基板の位置合わせを行いつつ、基板にパターンを形成する。したがって、所定のパターンを迅速かつ精度良く基板に形成することができる。
【００２９】
本発明の露光装置は、所定のパターンを基板（Ｗ）に形成する露光装置であって、前記基板を搭載して移動面に沿って移動するステージ（ＷＳＴ）と；前記ステージに搭載された前記基板上のマーク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。
【００３０】
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、迅速かつ精度良く、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】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図１０を参照して説明する。
【００３２】
図１には、本発明の第１の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１００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、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板（物体）としてのウエハＷが搭載されるステージとしてのウエハステージＷＳＴ、観察装置（撮像装置）としてのアライメント検出系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、オプティカルインテグレータからなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤ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。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ、及び回折光学素子等を採用することができる。こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２４３３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、リニアモ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軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【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（又は速度情報）ＲＰＶ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）ＲＰＶに基づき、ステージ制御系１９及び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、一対のレチクルアライメント系２２（但し、図１では、紙面奥側のレチクルアライメント系は不図示）が配置されている。レチクルアライメント系２２としては、レチクルＲ上のマークとウエハステージＷＳＴ上の後述する基準マーク板ＦＭに形成された第１基準マークとを同時に観察するＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式が採用されている。これらのレチクルアライメント系２２による観察結果（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と一体的に照明光ＩＬの光路外に退避される。
【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、照明系１０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２５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軸方向）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軸方向）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軸方向）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のための走査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はモータ等を含むウエハステージ駆動部２４によりＸＹ２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、この表面にはレチクルアライメント用の一対の第１基準マーク及びベースライン計測用の第２基準マークを含む様々なアライメント用の基準マークが形成されている。
【００４２】
前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像式アライメントセンサから成るオフ・アクシス方式のアラインメント検出系が用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報に開示されている。アライメント検出系ＡＳで観測されたウエハＷ上の観察領域の像データ（撮像データ）ＩＭＤは、主制御系２０に供給される。
【００４３】
更に、本実施形態の露光装置１００では、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されるように、投影光学系ＰＬの結像面（ＸＹ平面）に向けて複数のスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する不図示の照射光学系と、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する不図示の受光光学系とからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）が設けられている。
【００４４】
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。
【００４５】
前記主制御装置３０は、（ａ）ステージ制御系１９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、（ｂ）アライメント検出系ＡＳから送られてきた撮像データＩＭＤを収集する撮像データ収集装置３１と、（ｃ）収集された撮像データＩＭＤに基づいて、マークを検出するマーク検出演算装置３２と、（ｄ）検出されたマークの位置情報を算出するマーク位置算出装置３５とを備えている。なお、上記のアライメント検出系ＡＳ、撮像データ収集装置３１、及びマーク検出演算装置３２からマーク検出装置が構成され、該マーク検出装置及びマーク位置算出装置３５から位置検出装置が構成されている。ここで、マーク検出演算装置３２は、（ｉ）収集された撮像データに基づいて、マーク候補を抽出する抽出装置３３と、（ｉｉ）抽出されたマーク候補の中からマークを特定する特定装置３４とを有している。
【００４６】
前記記憶装置４０は、その内部に、撮像データ格納領域４１と、抽出結果格納領域４２と、特定結果格納領域４３と、マーク位置情報格納領域４４とを有している。
【００４７】
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、主制御系２０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プログラムによって実現することも可能である。
【００４８】
また、主制御系２０を計算機システムとして構成した場合には、主制御装置３０を構成する上記の各装置の後述する機能を実現するためのプログラムの全てを予め主制御系２０に内蔵することは、必ずしも必須ではない。例えば、図１において点線で示されるように、主制御系２０に関しては、必要となるプログラム内容を格納した記憶媒体９１を用意するとともに、記憶媒体９１からプログラム内容を読み出し可能であり、かつ、記憶媒体９１を着脱可能な読取装置９０を主制御系２０に接続し、主制御系２０が、読取装置９０に装填された記憶媒体９１から機能実現のために必要なプログラム内容を読み出して、そのプログラムを実行するように構成することができる。
【００４９】
また、主制御系２０が接続された読取装置９０に装填された記憶媒体９１からプログラム内容を読み出して、内部にインストールする構成とすることができる。さらに、インターネット等を利用し、通信ネットワークを介して機能実現のために必要となるプログラム内容を主制御系２０にインストールする構成とすることもできる。
【００５０】
なお、記憶媒体９１としては、磁気的に記憶するもの（磁気ディスク、磁気テープ等）、電気的に記憶するもの（ＰＲＯＭ，バッテリ・バックアップ付ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭその他の半導体メモリ等）、光磁気的に記憶するもの（光磁気ディスク等）、電気磁気的に記憶するもの（デジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）等）等、種々の記憶形態で記憶するものを採用することができる。
【００５１】
以上のように、機能を実現するためのプログラム内容を記憶した記憶媒体を使用したり、インストールしたりすることが可能なように構成することにより、後におけるプログラム内容の修正や、性能向上のためのバージョンアップ等を容易に行うことができるようになる。
【００５２】
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説明する。
【００５３】
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アライメント検出系ＡＳのベースライン計測を行う。具体的には、主制御系２０では、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板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マーク板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、アライメント検出系ＡＳを用いて基準マーク板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検出系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マーク板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、アライメント検出系ＡＳのベースライン量を計測する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、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（Ａ）に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（Ａ）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ものとする。
【００５７】
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ＳθＭとして、図４（Ｂ）に示されるような、Ｘ方向に延びるラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３とスペースパターンＳＭＳ１，ＳＭＳ２，ＳＭＳ３，ＳＭＳ４とがＹ方向に沿って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ＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）の−Ｙ方向側にはスペースパターンＳＭＳｍが形成されており、また、ラインパターンＳＭＬｍの＋Ｙ方向側にはスペースパターンＳＭＳｍ＋１が形成されている。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としているが、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。
【００５８】
次に、ステップ１０２において、最初の位置検出対象であるＹマークＳＹＭの形成領域がアライメント検出系ＡＳの撮像領域内に入るように、ウエハＷを移動させる。かかるウエハＷの移動は、ウエハ干渉計１８によるウエハステージＷＳＴの位置情報ＷＰＶに基づいて、主制御系２０が、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を移動させることによって行われる。
【００５９】
次いで、ステップ１０５において、制御装置３９の制御のもとで、アライメント検出系ＡＳが、ＹマークＳＹＭを含む領域の撮像を行う。撮像結果は、撮像データＩＭＤとして、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集装置３１が、撮像データＩＭＤを収集し、撮像データ格納領域４１に格納する。
【００６０】
なお、ウエハＷにおけるＹマークＳＹＭ及びθマークＳθＭの形成領域には、図５（Ａ）のＹＺ断面でＹマークＳＹＭのラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）の近傍部が代表的に示されるように、基層５１の表面にラインパターンＳＭＬｍが形成されており、ラインパターンＳＭＬｍ及びスペースパターンＳＭＳｎ（ｎ＝１〜４）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が覆っているものとする。レジスト層ＰＲＴの材質は、例えばポジ型レジスト剤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ＳＭＬｍ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ＳＭＬｍ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ＳＭＬｍ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ＳＭＬｍの上面はほぼ平坦であるとする。
【００６１】
図３に戻り、次に、サブルーチン１０６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ＩＭＤ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。サブルーチン１０６では、図６に示されるように、まず、サブルーチン１３１において、ＹマークＳＹＭの検出が行われる。
【００６２】
かかるＹマークＳＹＭの検出にあたり、サブルーチン１３１では、図７に示されるように、まず、ステップ１４１において、マーク検出演算装置３２の抽出装置３３が、撮像データ格納領域４１に格納された撮像データＩＭＤを読み出して、信号波形Ｉ（Ｙ）を求める。
【００６３】
かかる信号波形Ｉ（Ｙ）を求めるのにあたって、まず、撮像領域におけるウエハＷ上のＸ方向と対応する方向（本実施形態では、ウエハ面と撮像面とが平行であるとする）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、平均的なＹ方向に関する信号強度分布すなわち信号波形Ｉ（Ｙ）を求める。なお、本実施形態では、強度分布平均を求めた後に更に平滑化を行っている。こうして求められた信号波形Ｉ（Ｙ）の例が、図５（Ｂ）に示されている。
【００６４】
この図５（Ｂ）に示されるように、信号波形Ｉ（Ｙ）はラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）それぞれに応じた３つのピークＰＰＫｍを有している。ここで、ピークＰＰＫｍは同一のピーク幅ＷＰを有する。また、ピークＰＰＫ１のＹ方向の中心位置Ｙ１とピークＰＰＫ２のＹ方向の中心位置Ｙ２との間の距離はＰＷ１であり、ピークＰＰＫ２のＹ方向の中心位置Ｙ２とピークＰＰＫ３のＹ方向の中心位置Ｙ３との間の距離はＰＷ２である。また、各ピークＰＰＫｍは、その中心位置Ｙｍに対して鏡映対称な形状を有している。この結果、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ２の形状とは、移動距離ＰＷ１のＹ方向に関する並進対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、移動距離ＰＷ２のＹ方向に関する並進対称性を有しており、また、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、移動距離（ＰＷ１＋ＰＷ２）のＹ方向に関する並進対称性を有している。また、ピークＰＰＫ１の形状は位置Ｙ１に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状は位置Ｙ２に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ３の形状は位置Ｙ３に対して鏡映対称性を有している。
【００６５】
図７に戻り、次に、ステップ１４２において、抽出装置３３が、図８に示されるように、Ｙ方向に順次配列された３つの１次元領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３を定義する。ここで、領域ＰＦＤｍ（ｍ＝１〜３）は、同一のＹ方向幅ＰＷ（＞ＷＰ）を有しており、本実施形態では、領域ＰＦＤ１のＹ方向の中心位置ＹＰＰ１が可変パラメータとなっている（なお、可変パラメータとしては、領域ＰＦＤ１のＹ方向の中心位置ＹＰＰ１に限られず、他の領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２，ＹＰＰ３を可変パラメータとしてもよい）。また、領域ＰＦＤ１の中心位置ＹＰＰ１と領域ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２との距離はＰＷ１に設定されるとともに、領域ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２と領域ＰＦＤ３の中心位置ＹＰＰ３との距離はＰＷ２に設定されている。なお、以下において、領域ＰＦＤｍ内の信号波形をＩｍ（Ｙ）と表すものとする。
【００６６】
引き続き、抽出装置３３が、領域ＰＦＤｍの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＤｍを走査初期位置に設定する。ここで、領域ＰＦＤｍの走査初期位置の設定にあたっては、パラメータ値ＹＰＰ１の初期値を十分に小さくすることも可能であるが、パラメータ値ＹＰＰ１の初期値を、ＹマークＳＹＭの撮像直前の状態で設計上予想されるピークＰＰＫ１のピーク位置Ｙ１の範囲の最小値よりも僅かに小さな値にすることが、ＹマークＳＹＭの検出の迅速性の観点からは望ましい。また、走査終了位置の設定にあたっては、パラメータ値ＹＰＰ１の最終値を十分に大きく設定すればよいが、パラメータ値ＹＰＰ１の最終値を、ＹマークＳＹＭの撮像直前の状態で設計上予想されるピークＰＰＫ１のピーク位置Ｙ１の範囲の最大値よりも僅かに大きな値にすることが、ＹマークＳＹＭの検出の迅速性の観点からは望ましい。
【００６７】
ここで、ステップ１４３以降で実行されるウエハＷ上におけるＹマークＳＹＭの検出の原理について簡単に説明する。
【００６８】
本実施形態におけるＹマークＳＹＭの検出では、まず、領域ＰＦＤｍの相互間距離を維持しつつ、走査初期位置から走査終了位置まで、領域ＰＦＤｍをＹ方向に走査する（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）。ここで、相互間距離を維持しつつ領域ＰＦＤｍを走査するのは、走査中に必ず領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍとが一致する（図９（Ｂ）参照）ことがあり、そのときに、信号波形Ｉ（Ｙ）が元々有していた、上述のピークＰＰＫｍの形状に関する並進対称性及び鏡映対称性が、同時に、領域ＰＦＤｍ内の信号波形Ｉｍ（Ｙ）に関して成立するからである。
【００６９】
ところで、領域ＰＦＤｍの走査中においては、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示されるように、信号波形Ｉｍ（Ｙ）が変化していくが、位置ＹＰＰ１の微少な位置変化に対して、信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性は大きく変化しない。一方、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性は、領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍとが一致したときに最も高くなり、領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍがピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍから少しずれると、大きく低下する。なお、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性は、領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍとが一致したとき以外においても偶発的に高い対称性を示す可能性はある。
【００７０】
以上より、マーク候補の絞込みという観点からは、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性に着目する方が、信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性に着目するよりも有利であることになる。また、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性及び信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性の双方が高くなるのは、ほぼ真のマーク位置に限られている。
【００７１】
したがって、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性に着目してマーク候補を抽出し、抽出されたマーク候補それぞれにおける信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性を調べれば、迅速かつ精度良くマークを検出することができるはずである。そこで、本実施形態では、領域ＰＦＤｍを走査しつつ、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映変換対称性を調べてマーク候補を抽出した後、抽出されたマーク候補それぞれにおける信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性を調べることによりマークを検出することにしている。
【００７２】
具体的には、以下のようにして、ＹマークＳＹＭを検出している。
【００７３】
すなわち、図７に戻り、上述のステップ１４２に引き続き、ステップ１４３において、抽出装置３３が、領域ＰＦＤｍそれぞれの内の信号波形Ｉｍ（Ｙ）の鏡映対称度を算出する。かかる個別領域内鏡映対称度の算出にあたり、抽出装置３３は、全体の信号波形Ｉ（Ｙ）から、領域ＰＦＤｍ内の信号波形Ｉｍ（Ｙ）（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）を切り出す。ここで、信号波形Ｉｍ（Ｙ）は、次の（１）〜（３）式で表される。
【００７４】
Ｉｍ（Ｙ）＝Ｉ（Ｙ；ＹＰＬｍ≦Ｙ≦ＹＰＵｍ） …（１）
ＹＰＬｍ＝ＹＰＰｍ−ＰＷ／２ …（２）
ＹＰＵｍ＝ＹＰＰｍ＋ＰＷ／２ …（３）
【００７５】
次に、信号波形Ｉｍ（Ｙ）について、領域ＰＦＤｍのＹ方向の中央位置ＹＰＰｍに対する鏡映変換の座標変換を行った変換信号ＭＩｍ（Ｙ’）を、次の（４）式によって算出する。
【００７６】
ＭＩｍ（Ｙ’）＝Ｉｍ（２・ＹＰＰｍ−Ｙ’） …（４）
【００７７】
この（４）式によって算出された信号波形ＭＩｍ（Ｙ’）の定義域は、信号波形Ｉｍ（Ｙ）の定義域と一致している。
【００７８】
引き続き、領域ＰＦＤｍにおける信号波形Ｉｍ（Ｙ）の個別領域内鏡映対称度として、信号波形Ｉｍ（Ｙ）と信号波形ＭＩｍ（Ｙ）との正規化相関係数ＮＣ１ｍ（ＹＰＰ１）を算出する。そして、総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）を次の（５）式により算出する。
【００７９】
ＮＣ１（ＹＰＰ１）＝ＮＣ１１（ＹＰＰ１）・ＮＣ１２（ＹＰＰ１）・ＮＣ１３（ＹＰＰ１） …（５）
【００８０】
次いで、ステップ１４４において、抽出装置３３が、領域ＰＦＤｍが走査終了位置となったか否かを判定する。この段階では、初期位置についてのみ総合領域内鏡映対称度を算出したのみなので、ステップ１４４の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１４５に移行する。
【００８１】
ステップ１４５では、抽出装置３３が、Ｙ位置検出に関する所望の分解能に応じた単位ピッチΔＰとして、ＹＰＰ１←ＹＰＰ１＋ΔＰを行うことにより、Ｙ位置パラメータＹＰＰ１を更新する。引き続き、抽出装置３３は、更新されたＹ位置パラメータＹＰＰ１に応じた位置に領域ＰＦＤｍを移動させる。そして、上記の初期位置の場合と同様にして、ステップ１４３を実行して総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）を算出する。
【００８２】
以下、ステップ１４４において肯定的な判定がなされるまで、上記と同様にして、ステップ１４５においてＹ位置パラメータを単位ピッチΔＰずつ増加させるたびに、ステップ１４３を実行して総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）を算出する。こうして算出された総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）のＹ方向分布の例が、図１０（Ａ）に示されている。
【００８３】
図７に戻り、領域ＰＦＤｍが走査終了位置に到達し、ステップ１４４において肯定的な判定がなされると、処理はステップ１４６に移行する。
【００８４】
ステップ１４６では、抽出装置３３が、予め定めておいた閾値ＮＣＴを使用して、閾値ＮＣＴよりも大きなピーク高を有するピークの位置を、ＹマークＳＹＭが存在する可能性のある位置すなわちマーク候補の位置情報として抽出する。上記の図１０（Ａ）に示されるような総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）のＹ方向分布の場合には、マーク候補の位置として、Ｙ位置ＹＣ１，ＹＣ２，ＹＣ３が抽出される。なお、閾値ＮＣＴよりも大きなピーク高を有するピークの数が非常に多くなった場合には、ピーク高の大きな順に適当な数（例えば、３〜１０個）のピークを選択し、選択されたピークの位置をマーク候補の位置情報として抽出する。
【００８５】
抽出装置３３は、こうして抽出されたマーク候補の位置情報及び信号波形Ｉ（Ｙ）を抽出結果格納領域４２に格納する。なお、抽出結果格納領域４２には、Ｙ位置ＹＣｎ（ｎ＝１〜３）が格納されたものとして、以下の説明を行う。
【００８６】
図７に戻り、次に、ステップ１４７において、特定装置３４が、マーク候補それぞれについて、並進対称度を算出する。かかる並進対称度の算出にあたり、特定装置３４は、まず、抽出結果格納領域４２からマーク候補の位置情報であるＹ位置ＹＣｎ及び信号波形Ｉ（Ｙ）を読み出す。
【００８７】
引き続き、特定装置３４は、前述した図８に示される領域ＰＦＤｍ（ｍ＝１〜３）を定義する。そして、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１をＹ位置ＹＣ１に設定する。
【００８８】
次いで、特定装置３４は、２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，１））のうちの最初の領域対（例えば、領域対（１，２））を選択する。引き続き、特定装置３４は、信号波形Ｉ（Ｙ）から、領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ内の信号波形Ｉｐ（Ｙ），Ｉｑ（Ｙ）（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）を切り出す。このとき、信号波形Ｉｐ（Ｙ）は次の（６）〜（８）式で表され、信号波形Ｉｑ（Ｙ）は次の（９）〜（１１）式で表される。
【００８９】
Ｉｐ（Ｙ）＝Ｉ（Ｙ；ＹＰＬｐ≦Ｙ≦ＹＰＵｐ） …（６）
ＹＰＬｐ＝ＹＰＰｐ−ＰＷ／２ …（７）
ＹＰＵｐ＝ＹＰＰｐ＋ＰＷ／２ …（８）
【００９０】
Ｉｑ（Ｙ）＝Ｉ（Ｙ；ＹＰＬｑ≦Ｙ≦ＹＰＵｑ） …（９）
ＹＰＬｑ＝ＹＰＰｑ−ＰＷ／２ …（１０）
ＹＰＵｑ＝ＹＰＰｑ＋ＰＷ／２ …（１１）
【００９１】
次に、特定装置３４は、信号波形Ｉｑ（Ｙ）を信号波形Ｉｐ（Ｙ）の位置に平行移動した変換信号ＴＩｑ（Ｙ）を、次の（１２）式によって算出する。
【００９２】
ＴＩｑ（Ｙ）＝Ｉｑ（Ｙ＋ＹＰＰｑ−ＹＰＰｐ） …（１２）
【００９３】
この（１２）式によって算出された信号波形ＴＩｑ（Ｙ）の定義域は、信号波形Ｉｐ（Ｙ）の定義域と一致している。
【００９４】
引き続き、特定装置３４は、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１が位置ＹＣ１であるときの信号波形Ｉｐ（Ｙ）と信号波形Ｉｑ（Ｙ）との並進移動対称度を表す、信号波形Ｉｐ（Ｙ）と信号波形ＴＩｑ（Ｙ）との正規化相関係数ＮＣ２ｐ，ｑ（ＹＣ１）を算出する。
【００９５】
次いで、特定装置３４は、他の２つの領域対（ｐ，ｑ）についても、上記の最初の領域対と同様にして、正規化相関係数ＮＣ２ｐ，ｑ（ＹＣ１）を算出する。そして、特定装置３４は、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１が位置ＹＣ１である場合における総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１）を、次の（１３）式により算出する。
【００９６】
ＮＣ２（ＹＣ１）＝ＮＣ２１，２（ＹＣ１）・ＮＣ２２，３（ＹＣ１）・ＮＣ２３，１（ＹＣ１） …（１３）
【００９７】
引き続き、特定装置３４は、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１が位置ＹＣ２，ＹＣ３である場合における総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ２），ＮＣ２（ＹＣ３）を、上記の総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１）の場合と同様にして算出する。こうして算出された総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１），ＮＣ２（ＹＣ２），ＮＣ２（ＹＣ３）のＹ方向分布の例が、図１０（Ｂ）に●によって示されている。なお、図１０（Ｂ）には、Ｙ方向の全領域に関する総合並進対称度ＮＣ２（Ｙ）が破線にて、併せて示されている。
【００９８】
図７に戻り、次に、ステップ１４８において、特定装置３４は、マーク候補の中からＹマークＳＹＭを特定する。かかるＹマークＳＹＭの特定にあたり、特定装置３４は、総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１），ＮＣ２（ＹＣ２），ＮＣ２（ＹＣ３）のうちで最大であり、かつ、その総合並進対称度が所定値以上のものを求める。ここでは、図１０（Ｂ）に示されるように、総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ２）が最大であり、かつ、所定値以上であったとする。この場合には、ＹマークＳＹＭの像が存在する位置の情報としてＹ位置ＹＣ２が特定され、Ｙ位置ＹＣ２にある像がマーク像であると特定される。特定装置３４は、こうして特定されたＹマークＳＹＭの観察座標系における位置ＹＣ２を、特定結果格納領域４３に格納する。
【００９９】
こうしてマークの検出が終了すると、サブルーチン１３１の処理が終了する。そして、図６のステップ１３２に処理が移行する。
【０１００】
ステップ１３２では、マーク位置算出装置３５が、上述したウエハ干渉計１８規準で定義されるステージ座標系におけるＹマークＳＹＭの位置を算出する。かかるＹマークＳＹＭの位置の算出にあたり、マーク位置算出装置３５は、特定結果格納領域４３から観察座標系におけるＹマークＳＹＭの位置情報ＹＣ２を読み出すとともに、ウエハ干渉計１８からのウエハステージＷＳＴの位置情報（ひいてはウエハＷの位置情報）ＷＰＶを取り込む。そして、マーク位置算出装置３５は、観察座標系におけるＹマークＳＹＭの位置情報ＹＣ２と、ウエハ干渉計１８からのウエハＷの位置情報ＷＰＶとに基づいて、ステージ座標系におけるＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹを算出する。マーク位置算出装置３５は、こうして求められたＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹをマーク位置情報格納領域４４に格納する。
【０１０１】
なお、本実施形態では、マーク候補が存在しなかったり、マーク候補からＹマークＳＹＭを特定できないために、撮像結果からＹマークＳＹＭを検出できなかったときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＮとしている。一方、ＹマークＳＹＭを検出できたときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＦＦとしている。
【０１０２】
こうして、ＹマークＳＹＭの位置ＹＹの検出が終了すると、サブルーチン１０６は処理を終了する。そして、図３のステップ１０７に処理が移行する。
【０１０３】
ステップ１０７において、ＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹが算出できたか否かが、マーク位置検出不可フラグが「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１０８に移る。
【０１０４】
次に、ステップ１０８〜１１２において、上述のステップ１０２〜１０６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１１３において、マークＳθＭ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１２１に移る。
【０１０５】
引き続き、ステップ１２１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θｓを算出する。
【０１０６】
次に、ステップ１２３において、主制御系２０は、アライメント検出系ＡＳの倍率を高倍率に設定し、この状態で、上記ステップ１２１で求めたウエハ・ローテーションθｓを使用して、各サーチ・アライメントマークがアライメント検出系ＡＳの真下になる位置に、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを順次位置決めしつつ、アライメント検出系ＡＳを用いて各サーチ・アライメントマークを検出する。この際、主制御系２０では、各サーチ・アライメントマークの検出時のアライメント検出系ＡＳの計測値とそのときのウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて、各サーチ・アライメントマークの座標位置を検出する。
【０１０７】
引き続き、ステップ１２４において、主制御系２０は、例えば特開昭６１−４４４２９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ＳＸ，ＳＹ、直交度ＯＲＴ、Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯＸ、ＯＹの６つのパラメータを算出する。
【０１０８】
次いで、ステップ１２５において、主制御系２０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。
【０１０９】
なお、上記のステップ１２３，１２４，１２５の処理の具体的内容は、例えば上記特開昭６１−４４４２９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。
【０１１０】
その後、主制御系２０では、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ＷＳＴ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。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態によれば、マークＳＹＭ，ＳθＭのＹ方向に関する形状特徴である領域内鏡映対称性と並進対称性を利用して、まず、鏡映対称性を撮像結果のほぼＹ方向全域にわたって、領域内鏡映対称性を調べることにより、撮像結果におけるマーク候補を抽出する。そして、各マーク候補における並進対称性を調べることにより撮像視野内におけるマークＳＹＭ，ＳθＭを特定している。したがって、迅速かつ精度良くマークＳＹＭ，ＳθＭを検出することができる。
【０１１２】
また、上記の領域内鏡映対称性と並進対称性のうち、マーク候補の絞込みにより適した鏡映対称性によりマーク候補を抽出するので、迅速性を向上してマークＳＹＭ，ＳθＭを検出することができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、迅速かつ精度良く検出されたマークの位置情報を検出し、その位置情報を利用してウエハＷの位置制御を行いつつウエハＷを露光し、レチクルに形成したパターンをウエハＷに転写している。したがって、迅速かつ精度良く、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。
【０１１４】
なお、上記の実施形態では、領域内対称性を利用してマーク候補の絞込みを行ったが、上記の実施形態では利用しなかった領域間鏡映対称性を利用してマーク候補の絞込みを行うことも可能である。すなわち、前述した図５（Ｂ）に示されるように、信号波形Ｉ（Ｙ）において、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ２の形状とは、位置Ｙ１と位置Ｙ２との中点位置に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、位置Ｙ２と位置Ｙ３との中点位置に対して鏡映対称性を有しており、また、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、位置Ｙ１と位置Ｙ３との中点位置に対して鏡映対称性を有していることから、図７のステップ１４３において、抽出装置３３が領域間鏡映対称性を利用した次の処理を行うことにより、マーク候補の絞込みを行うことが可能である。
【０１１５】
まず、抽出装置３３が、上記の実施形態における並進対称度の算出の場合と同様にして、領域ＰＦＤｍの中の２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，１））のうちの最初の領域対（例えば、領域対（１，２））を選択し、信号波形Ｉ（Ｙ）から、領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ内の信号波形Ｉｐ（Ｙ），Ｉｑ（Ｙ）を切り出す。引き続き、抽出装置３３は、信号波形Ｉｑ（Ｙ）について、領域ＰＦＤｐと領域ＰＦＤｑとのＹ方向の中央位置ＹＰＰｐ，ｑ（＝（ＹＰＰｐ＋ＹＰＰｑ）／２）に対する鏡映変換の座標変換を行った変換信号ＴＩｑ（Ｙ’）を、次の（１４）式を算出して求める。
【０１１６】
ＴＩｑ（Ｙ’）＝Ｉｑ（２ＹＰＰｐ，ｑ−Ｙ’） …（１４）
【０１１７】
次に、抽出装置３３は、信号波形Ｉｐ（Ｙ），Ｉｑ（Ｙ）の領域間鏡映対称度として、信号波形Ｉｐ（Ｙ）と信号波形ＴＩｑ（Ｙ’）との正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を、全ての領域対（ｐ，ｑ）について算出する。引き続き、抽出装置３３が、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を使用して、総合領域間鏡映対称度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を、次の（１５）式によって算出する。
【０１１８】
ＮＣＦ（ＹＰＰ１）＝ＮＣＦ１，２（ＹＰＰ１）・ＮＣＦ２，３（ＹＰＰ１）・ＮＣＦ３，１（ＹＰＰ１） …（１５）
【０１１９】
そして、抽出装置３３は、所望の分解能に応じた単位ピッチをΔＰとして、ＹＰＰ１←ＹＰＰ１＋ΔＰを行うことにより、Ｙ位置パラメータＹＰＰ１を更新しながら、総合領域間鏡映対称度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）をＹ方向全域にわたって算出する。
【０１２０】
以上のようにして求められた総合領域間鏡映対称度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を上記の実施形態の総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）の代わりに使用して、上記の実施形態の場合と同様に、ステップ１４６におけるマーク候補の抽出を行うことにより、上記の実施形態の場合と同様のマーク候補の絞込みを行うことができる。
【０１２１】
また、上記の実施形態では、マークＳＹＭ，ＳθＭの特定に並進対称性を用いたが、マーク候補抽出に領域内鏡映対称性を利用しつつ、マークＳＹＭ，ＳθＭの特定の領域間鏡映対称性を利用することもできる。
【０１２２】
さらに、マーク候補抽出に領域間鏡映対称性を利用しつつ、マークＳＹＭ，ＳθＭの特定の領域内鏡映対称性を利用することもできる。
【０１２３】
また、上記の第１の実施形態では、信号波形同士の対称度の算出を、２つの信号波形における正規化相関係数を算出することによって行ったが、２つの信号波形において互いに対応する点における信号レベルの差の絶対値の総和を算出することにより行うことも可能である。かかる場合には、実行する演算が非常に簡単であり、かつ、対称度を直接的に反映した値を算出して解析するので、簡易かつ迅速に対称度を算出することができる。なお、この場合には、算出結果が小さいほど対称性が高いということになる。
【０１２４】
また、対称度の算出を、２つの信号波形とにおいて互いに対応する点における信号レベルの分散値の総和である総分散値あるいは該総分散値に基づく標準偏差を算出することによって行うことも可能である。
【０１２５】
こうした総分散値あるいは該総分散値に基づく標準偏差の算出にあたっては、上述の領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３内の信号波形Ｉ１（Ｙ），Ｉ２（Ｙ），Ｉ３（Ｙ）及びこれらの反転波形（鏡映対称波形）のように同一の形状であると考えられる波形群の中から、比較をしたい２以上の波形を選択する。引き続き、各波形について、波形の各位置の値から当該波形の平均値を引く等のオフセット除去操作、及びオフセット除去後の波形に関する標準偏差を求め、その標準偏差でオフセット除去後の波形の各位置の値を除算する等のノーマライズ操作を行う。
【０１２６】
次に、ノーマライズ後の各波形の定義域が同一になるように、必要に応じて並進変換の座標変換を行う。引き続き、当該定義域における各位置における各ノーマライズ波形の値の分散を算出する。そして、各位置の分散の総和を算出することにより、総分散を算出する。
【０１２７】
以上の総分散の算出を、領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３を上記の実施形態と同様にして移動させながら行い、領域移動位置の変化による総分散の変化の様子を、総分散の値が小さいほど波形の一致度が高いことを考慮しつつ解析する。かかる場合にも、実行する演算が非常に簡単であり、かつ、対称度を直接的に反映した値を算出して解析するので、簡易かつ迅速に対称度を算出することができる。
【０１２８】
なお、上記の総分散に代えて、総分散の平方根である標準偏差を使用することもできる。
【０１２９】
また、以上の総分散又は標準偏差を使用する方法を３以上の波形について適用すれば、３以上の領域それぞれにおける波形の総合的な対称度を、一挙に評価することができる。
【０１３０】
なお、こうした総分散又は標準偏差を使用する方法は、複数の比較波形の平均波形を求め、平均波形と各波形の差を評価する方法と同等の方法である。
【０１３１】
また、上記の第１の実施形態では、信号波形同士の相関を算出したが、平均波形を最初に求め、その後に各波形と平均波形との相関を算出ことにより、領域間一致度の指標を算出することとしてもよい。
【０１３２】
《第２の実施形態》
次に、本発明の露光装置の第２の実施形態を説明する。本実施形態の露光装置は第１の実施形態の露光装置１００と同様の構成を有しており、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置を検出する第１の実施形態と、図１１（Ａ）に示される形状を有するマークＳＹＭ’（ＳθＭ’）のＸＹ位置を検出する点のみが異なる。すなわち、上述の図６及び図７に示されるサブルーチン１０６，１３１における処理のみが異なるので、かかる相違点に主に着目して、以下説明する。なお、本実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１３３】
マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）は、図１１（Ａ）に示されるように、正方形枠の形状を有している。ここで、外縁正方形の一辺の長さがＷＳであり、枠幅がＷＦであるものとする。また、枠領域が上述のライン部ＳＭＬ１〜ＳＭＬ３と同様に形成されているとともに、枠領域の外側近傍を含むマーク形成領域ＭＡＹ（ＭＡθ）における枠領域以外の領域が上述のスペース部ＳＭＳ１〜ＳＭＳ３と同様に形成されているものとする（図５（Ａ）参照）。
【０１３４】
このマークＳＹＭ’（ＳθＭ’）は、様々な１次元形状特徴及び２次元形状特徴を有している。ここで、後述する本実施形態におけるマーク検出に利用する形状特徴を説明する。
【０１３５】
マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）を含むマーク形成領域ＭＡＹ（ＭＡθ）の撮像結果Ｊ（Ｘ，Ｙ）において、Ｙ方向についての同一位置の輝度について和をとって得られるＸ方向に関する信号波形ＪＸ（Ｘ）は、図１１（Ｂ）に示されるようになる。すなわち、信号波形ＪＸ（Ｘ）は、幅がＷＦの２つのピークＰＫ１，ＰＫ２を有する。そして、ピークＰＫ１の中心とピークＰＫ２の中心との間は、距離（ＷＳ−ＷＦ）だけ隔たっており、かつ、ピークＰＫ１とピークＰＫ２との間の信号レベルは、ピークＰＫ１の−Ｘ方向側近傍の信号レベル及びピークＰＫ２の＋Ｘ方向側近傍の信号レベルよりも高い。信号波形ＪＸ（Ｘ）は、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の形状に応じて、こうした特徴的な波形を有している。
【０１３６】
なお、マーク形成領域ＭＡＹ（ＭＡθ）の撮像結果Ｊ（Ｘ，Ｙ）において、Ｘ方向についての同一位置の輝度について和をとって得られるＹ方向に関する信号波形ＪＹ（Ｙ）も、上記の信号波形ＪＸ（Ｘ）と同様の波形特徴を有している。こうした、信号波形ＪＸ（Ｘ），ＪＹ（Ｙ）は、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）に応じて予め知られているものであり、抽出装置３３は、これらの信号波形ＪＸ（Ｘ），ＪＹ（Ｙ）をテンプレート波形として有しているものとする。
【０１３７】
また、マークＳＹＭ（ＳθＭ）は、マーク中心を回転中心として、９０°、１８０°、２７０°（−９０°）回転対称性を有する。この結果、マークＳＹＭ（ＳθＭ）の撮像結果Ｊ（Ｘ，Ｙ）におけるマーク像の一部を切り取った領域内においてその領域中心を回転中心として、９０°、１８０°、２７０°（−９０°）回転を行った結果は、マーク像を、その中心を回転中心として９０°、１８０°、２７０°（−９０°）回転を行ったとき、その領域が位置する位置におけるマーク像の一部と一致することになる。信号波形Ｊ（Ｘ，Ｙ）は、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の形状に応じて、こうした特徴的な波形を有している。
【０１３８】
本実施形態では、こうしたマークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の形状に応じた特徴的な波形を利用して、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の検出を行っている。
【０１３９】
以下、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説明する。
【０１４０】
まず、第１の実施形態と同様に、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アライメント検出系ＡＳのベースライン計測を行う。
【０１４１】
このような準備作業の終了後、第１の実施形態の場合と同様にして、図３のステップ１０１〜１０５までの処理が実行され、マークＳＹＭ’の像が撮像される。そして、マークＳＹＭ’に関する撮像データＩＭＤが、撮像データ格納領域４１に格納される。この撮像結果の例が、図１２に示されている。この図１２に示される撮像結果の例は、撮像領域ＶＡ内に、ＹマークＳＹＭ’と、パターンＮＰ１〜ＮＰ３とが含まれている例である。ここで、パターンＮＰ１は、ＹマークＳＹＭ’における枠部分の４辺のうち、Ｙ方向に延びる２辺のみから成るパターンである。また、パターンＮＰ２は、ＹマークＳＹＭ’と比べて、Ｘ方向に延びる２つの線パターンがＹ方向に延びる２つの線パターンを結んでおらず、閉領域を形成していないパターンである。また、パターンＮＰ３は、Ｙ方向に延びる１辺のみから成るパターンである。以後、図１２に示される撮像結果が得られたとして、説明する。
【０１４２】
図３に戻り、次に、サブルーチン１０６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ＩＭＤに含まれる２次元画像信号ＩＳＹＭ（Ｘ，Ｙ）からＹマークＳＹＭ’のＸＹ位置が算出される。このサブルーチン１０６では、図１３に示されるように、まず、サブルーチン１５１において、ＹマークＳＹＭの検出が行われる。
【０１４３】
サブルーチン１５１では、図１４に示されるように、まず、サブルーチン１６１において、抽出装置３３が、視野領域をＹ方向に沿って分割し、分割された領域それぞれにおいて、第１次マーク候補を抽出する。
【０１４４】
サブルーチン１６１では、図１５に示されるように、まず、ステップ１７１において、抽出装置３３が、撮像領域のＹ方向分割を行う。このＹ方向分割により、図１６（Ａ）に示されるように、撮像領域ＶＡが、分割ピッチＷＡ（＞ＷＳ）で、Ｘ方向に長い分割領域ＸＡ１〜ＸＡＮＸに分割される。ここで、分割ピッチＷＡは、マーク幅ＷＳの２倍以上に設定することが望ましい。なお、かかる領域ＶＡの分割により、図１６（Ａ）に示されるように、分割領域ＸＡ２内にＹマークＳＹＭが入り、分割領域ＸＡ３内にパターンＮＰ１が入り、分割領域ＸＡＳ内にパターンＮＰ２，ＮＰ３が入ったものとする。
【０１４５】
図１５に戻り、次に、ステップ１７２において、抽出装置３３が、分割領域ＸＡｉ（ｉ＝１〜ＮＸ）ごとに、同一Ｘ位置の画素について輝度値の和をとって、分割領域ＸＡｉそれぞれを代表する信号波形ＪＸｉ（Ｘ）を算出する。こうして算出された信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のうち、マークＳＹＭ’の寄与が含まれる信号波形ＪＸ２（Ｘ）、パターンＮＰ１の寄与が含まれる信号波形ＪＸ３（Ｘ）、及びパターンＮＰ２，ＮＰ３の寄与が含まれる信号波形ＪＸＳ（Ｘ）が、それぞれ図１６（Ｂ）〜図１６（Ｄ）に実線で示されている。
【０１４６】
図１５に戻り、引き続き、ステップ１７３において、抽出装置３３が、信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のＸ方向の全範囲について、上述のテンプレート波形ＪＸ（Ｘ）を移動させながら、テンプレートマッチングを行う。かかるテンプレートマッチングの結果のうち、信号波形ＪＸ２（Ｘ），ＪＸ３（Ｘ），ＪＸＳ（Ｘ）についてのテンプレートマッチング結果、すなわち、マッチング度のＸ位置変化に伴う変化（マッチング度波形）が、それぞれ図１６（Ｂ）〜図１６（Ｄ）に破線で示されている。
【０１４７】
ここで、図１６（Ｂ）に示されるように、信号波形ＪＸ２（Ｘ）については、ＹマークＳＹＭ’に応じたＸ位置においてマッチング度波形は高く鋭いピークを有し、他のＸ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１６（Ｃ）に示されるように、信号波形ＪＸ３（Ｘ）について、マッチング度波形は、パターンＮＰ１に応じたＸ位置において高く鋭いピークを有し、他のＸ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１６（Ｄ）に示されるように、信号波形ＪＸＳ（Ｘ）について、マッチング度波形は、パターンＮＰ２に応じたＸ位置において高く鋭いピークを有し、パターンＮＰ３に応じたＸ位置において低く緩いピークを有し、他のＸ位置には有意なピークがなかったものとする。更に、他の信号波形ＪＸｉ（Ｘ）については有意なピークはなかったものとする。
【０１４８】
図１５に戻り、次いで、ステップ１７４において、抽出装置３３が、信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のテンプレートマッチング結果に基づいて、第１次マーク候補を抽出する。すなわち、信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のマッチング度波形が鋭く高いピークを有する部分の撮像結果を、第１次マーク候補として抽出する。この結果、ＹマークＳＹＭ’、パターンＮＰ１、及びパターンＮＰ２それぞれに応じた部分の撮像結果が第１次マーク候補として抽出される。
【０１４９】
こうして第１次マーク候補の抽出が終了すると、サブルーチン１６１の処理が終了し、処理が図１４のサブルーチン１６２に移行する。
【０１５０】
サブルーチン１６２では、図１７に示されるように、まず、ステップ１８１において、抽出装置３３が、撮像領域のＸ方向分割を行う。このＸ方向分割により、図１８（Ａ）に示されるように、撮像領域ＶＡが、分割ピッチＷＡ（＞ＷＳ）で、Ｙ方向に長い分割領域ＹＡ１〜ＹＡＮＹに分割される。なお、かかる領域ＶＡの分割により、図１８（Ａ）に示されるように、分割領域ＹＡ２内にＹマークＳＹＭ’が入り、分割領域ＹＡ４内にパターンＮＰ２が入り、分割領域ＹＡＲ内にパターンＮＰ１が入ったものとする。なお、パターンＮＰ３については、上述のＹ領域分割による第１次マーク候補抽出によって、第１次マーク候補として抽出されないことから、どの分割領域ＹＡｊ（ｊ＝１〜ＮＹ）に入るかについての説明を省略する。
【０１５１】
図１７に戻り、次に、ステップ１８２において、抽出装置３３が、分割領域ＹＡｊごとに、同一Ｙ位置の画素について輝度値の和をとって、分割領域ＹＡｊそれぞれを代表する信号波形ＪＹｊ（Ｙ）を算出する。こうして算出された信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のうち、マークＳＹＭ’の寄与が含まれる信号波形ＪＹ２（Ｙ）、パターンＮＰ２の寄与が含まれる信号波形ＪＹ４（Ｙ）、及びパターンＮＰ１の寄与が含まれる信号波形ＪＹＲ（Ｙ）が、それぞれ図１８（Ｂ）〜図１８（Ｄ）に実線で示されている。
【０１５２】
図１７に戻り、引き続き、ステップ１８３において、抽出装置３３が、信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のＹ方向の全範囲について、上述のテンプレート波形ＪＹ（Ｙ）を移動させながら、テンプレートマッチングを行う。かかるテンプレートマッチングの結果のうち、信号波形ＪＹ２（Ｙ），ＪＹ４（Ｙ），ＪＹＲ（Ｙ）についてのテンプレートマッチング結果、すなわち、マッチング度波形が、それぞれ図１８（Ｂ）〜図１８（Ｄ）に破線で示されている。
【０１５３】
ここで、図１８（Ｂ）に示されるように、信号波形ＪＹ２（Ｙ）については、ＹマークＳＹＭ’に応じたＹ位置においてマッチング度波形は高く鋭いピークを有し、他のＹ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１８（Ｃ）に示されるように、信号波形ＪＹ４（Ｙ）について、マッチング度波形は、パターンＮＰ２に応じたＹ位置において高く鋭いピークを有し、他のＹ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１８（Ｄ）に示されるように、信号波形ＪＹＲ（Ｙ）について、マッチング度波形は、有意なピークがなかったものとする。更に、他の信号波形ＪＹｊ（Ｙ）については有意なピークはなかったものとする。
【０１５４】
図１７に戻り、次いで、ステップ１８４において、抽出装置３３が、信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のテンプレートマッチング結果に基づいて、第２次マーク候補を抽出する。すなわち、信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のマッチング度波形が鋭く高いピークを有する部分の撮像結果を、第２次マーク候補として抽出する。この結果、ＹマークＳＹＭ’及びパターンＮＰ２それぞれに応じた部分の撮像結果が第２次マーク候補として抽出される。
【０１５５】
引き続き、抽出装置３３は、第１次マーク候補として抽出され、かつ、第２次マーク候補として抽出されたマーク候補を最終的なマーク候補として抽出する。この最終マーク候補抽出は、同一のマーク候補であるとして、そのマーク候補の第１次マーク候補として抽出されたマーク候補の推定位置と第２次マーク候補として抽出されたマーク候補の推定位置とが矛盾していないことを判断規準として行われる。すなわち、第１次マーク候補として抽出されたときの分割領域ＸＡｉのＹ方向幅内に、第２次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＹ位置があり、かつ、第２次マーク候補として抽出されたときの分割領域ＹＡｊのＸ方向幅内に、第１次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＸ位置があるときに、そのマーク候補が最終的なマーク候補とされる。この結果、ＹマークＳＹＭ’及びパターンＮＰ２それぞれに応じた部分の撮像結果が最終マーク候補として抽出される。そして、抽出装置３３は、最終マーク候補それぞれについて、第１次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＹ位置及び第２次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＸ位置、並びに撮像結果として得られた画像信号Ｊ（Ｘ，Ｙ）を、最終マーク候補の推定位置及び波形情報として、抽出結果格納領域４２に格納する。
【０１５６】
こうして最終マーク候補の抽出が終了すると、サブルーチン１６２の処理が終了し、処理が図１４のサブルーチン１６３に移行する。
【０１５７】
サブルーチン１６３では、図１９に示されるように、まず、ステップ１９１において、特定装置３４が、最終マーク候補の推定位置及び画像信号Ｊ（Ｘ，Ｙ）を抽出結果格納領域４２から読み出す。そして、特定装置３４は、図２０（Ａ）に示されるような、４つの２次元領域ＰＦＳ１，ＰＦＳ２，ＰＦＳ３，ＰＦＳ４を定義する。ここで、領域ＰＦＳｔ（ｔ＝１〜４）は、同一のＸ方向幅ＰＷ（＞ＷＦ）、及び、同一のＹ方向幅ＰＷの正方形である。また、領域ＰＦＳ１の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）、ＰＦＳ２の中心位置が（ＸＰＰ２（＝ＸＰＰ１＋ＷＳ−ＷＦ），ＹＰＰ１）、ＰＦＳ３の中心位置が（ＸＰＰ２，ＹＰＰ２（＝ＹＰＰ１＋ＷＳ−ＷＦ））、ＰＦＳ４の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ２）に設定されている。なお、領域ＰＦＳ１の中心位置（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が可変パラメータとされている。
【０１５８】
引き続き、特定装置３４は、最初の最終マーク候補（例えば、ＹマークＳＹＭ’）の推定位置に基づき、そのの推定精度を考慮して、最初の最終マーク候補の存在範囲を求める。そして、特定装置３４は、領域ＰＦＳｔの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＳｔを初期位置に設定する。
【０１５９】
ここで、ステップ１９２以降で実行されるウエハＷ上のＹマークＳＹＭ’の特定の原理について簡単に説明する。
【０１６０】
本実施形態におけるＹマークＳＹＭ’の特定では、上述した最終マーク候補の存在範囲内において、領域ＰＦＳｔの相互間距離を維持しつつ、初期位置から終了位置まで、領域ＰＦＳｔを２次元走査する。ここで、相互間距離を維持しつつ領域ＰＦＳｔを走査するのは、走査中に必ずパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）がＹマークＳＹＭ’の対応位置と一致することがあり、そのときのみに成立する領域ＰＦＳｔ内画像相互間の対称性があるからである。なお、以下の説明において、領域ＰＦＳｔ内の画像信号をＪｔ（Ｘ，Ｙ）と記すものとする。
【０１６１】
すなわち、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）がＹマークＳＹＭ’の対応位置と一致した場合には、図２０（Ｂ）に示されるように、領域ＰＦＳｔ内画像相互間には、各領域の中心を中心とする回転移動（以下、単に「回転移動」という）と平行移動とを組み合わせた対称性（以下、単に「回転対称性」という）がある。かかる対称性の関係についてより詳細に説明すると、例えば、領域ＰＦＳ１内の画像信号Ｊ１（Ｘ，Ｙ）と、領域ＰＦＳ１とＸ方向で隣り合う領域ＰＦＳ２内の画像信号Ｊ２（Ｘ，Ｙ）とは、９０°の回転対称性を有する。また、領域ＰＦＳ１内の画像信号Ｊ１（Ｘ，Ｙ）と、領域ＰＦＳ１とＹ方向で隣り合う領域ＰＦＳ４内の画像信号Ｊ４（Ｘ，Ｙ）とは、２７０°（−９０°）の回転対称性を有する。なお、上記の回転角度は、図２０（Ｂ）の紙面上で左回りが角度増加方向であるとして表現されており、以下の説明においてもこの表現を使用する。
【０１６２】
本実施形態では、回転対称性の成立性を解析することにより、最終マーク候補のいずれがＹマークＳＹＭ’であるかを特定している。
【０１６３】
具体的には、以下のようにして、最終マーク候補のいずれがＹマークＳＹＭ’であるかを特定している。
【０１６４】
すなわち、図１９に戻り、上記のステップ１９１に引き続き、ステップ１９２において、特定装置３４が、まず、領域ＰＦＳｔの中の互いに隣り合う２つの領域ＰＦＳｐ，ＰＦＳｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，４）、（４，１））の内の最初の領域対（ここでは、領域対（１，２）とする）を選択する。引き続き、特定装置３４は、画像信号Ｊ（Ｘ，Ｙ）から、領域ＰＦＳ１，ＰＦＳ２内の信号波形Ｊ１（Ｘ，Ｙ），Ｊ２（Ｘ，Ｙ）を切り出す。
【０１６５】
次に、特定装置３４は、信号波形Ｊ１（Ｘ，Ｙ）について、領域ＰＦＳ１の中心点（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を回転中心として９０°回転の座標変換を行う。この９０°回転の座標変換では、まず、領域ＰＦＳ１の中心点が座標原点となるように平行移動変換Ｓを行った変換信号ＳＪ１（Ｘ，Ｙ）を、次の（１６）式により算出する。
【０１６６】
ＳＪ１（Ｘ，Ｙ）＝Ｊ１（Ｘ＋ＸＰＰ１，Ｙ＋ＹＰＰ１） …（１６）
【０１６７】
引き続き、変換信号ＳＪ１（Ｘ，Ｙ）を、座標原点を中心として９０度回転変換Ｒを行った変換信号ＲＪ１（Ｘ，Ｙ）を、次の（１７）式により算出する。
【０１６８】
ＲＪ１（Ｘ，Ｙ）＝ＳＪ１（Ｙ，−Ｘ） …（１７）
【０１６９】
次いで、特定装置３４は、変換信号ＲＪ１（Ｘ，Ｙ）の座標原点が領域ＰＦＳ２の中心点（ＸＰＰ２，ＹＰＰ２）となるように平行移動変換Ｔを行った変換信号ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）を、次の（１８）式により算出する。
【０１７０】
ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）＝ＲＪ１（Ｘ−ＸＰＰ２，Ｙ−ＹＰＰ２） …（１８）
【０１７１】
この結果、変換信号ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）の定義域は、画像信号Ｊ２（Ｘ，Ｙ）の定義域と一致することになる。
【０１７２】
特定装置３４は、以上のようにして求めた変換信号ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）と画像信号Ｊ２（ＸＰ，ＹＰ）との正規化相関係数ＮＣＦ１，２（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を、領域ＰＦＳ１，ＰＦＳ２間における画像信号Ｊ１（Ｘ，Ｙ），Ｊ２（Ｘ，Ｙ）相互の回転対称度として算出する。引き続き、特定装置３４は、他の全ての領域対（ｐ，ｑ）について、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。
【０１７３】
次に、特定装置３４は、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を使用して、総合的な回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を、次の（１９）式により算出する。
【０１７４】
【０１７５】
次いで、ステップ１９３において、領域ＰＦＳｔが走査終了位置となったか否かが判定される。この段階では、初期位置についてのみ領域間一致度を算出したのみなので、ステップ１９３の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１９４に移行する。
【０１７６】
ステップ１９４では、特定装置３４が、所望の位置分解能に応じたピッチでパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を更新する。引き続き、特定装置３４は、更新されたパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）に応じた位置に領域ＰＦＳｔを移動させる。そして、上記の初期位置の場合と同様にして、ステップ１９２を実行して総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。
【０１７７】
以下、ステップ１９３において肯定的な判定がなされるまで、上記と同様にして、ステップ１９４においてパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を更新するたびに、ステップ１９２を実行して総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。
【０１７８】
領域ＰＦＳｎが終了位置に到達し、ステップ１９３において肯定的な判定がなされると、処理はステップ１９５に移行する。
【０１７９】
ステップ１９５では、全ての最終マーク候補について、総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が算出されたか否かが判定される。ここでは、最初の最終マーク候補についてのみ総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が算出されただけなので、否定的な判定がなされ、処理がステップ１９６に移行する。
【０１８０】
ステップ１９６では、次の最終マーク候補（例えば、パターンＮＰ２）の推定位置に基づき、その推定精度を考慮して、次の最終マーク候補の存在範囲を求める。そして、特定装置３４は、領域ＰＦＳｔの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＳｔを次の最終マーク候補に関する初期位置に設定する。
【０１８１】
以下、全ての最終マーク候補について総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が算出され、ステップ１９５において肯定的な判定がされるまで、ステップ１９２〜ステップ１９６が繰り返される。そして、ステップ１９５において肯定的な判定がされると、サブルーチン１６３の処理が終了し、処理が、図１４のステップ１６４に移行する。
【０１８２】
ステップ１６４では、特定装置３４が、最終マーク候補それぞれの総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）同士を比較し、最も総合回転対称度が高い位置が存在したものをＹマークＳＹＭ’として特定する。特定装置３４は、こうして特定されたＹマークＳＹＭ’の観察座標系における２次元位置を、特定結果格納領域４３に格納する。
【０１８３】
こうしてマークの検出が終了すると、サブルーチン１５１の処理が終了する。そして、図１３のステップ１５２に処理が移行する。
【０１８４】
ステップ１５２では、マーク位置算出装置３５が、上述したウエハ干渉計１８規準で定義されるステージ座標系におけるＹマークＳＹＭ’の位置を算出する。かかるＹマークＳＹＭ’の位置の算出にあたり、マーク位置算出装置３５は、特定結果格納領域４３から観察座標系におけるＹマークＳＹＭ’の２次元位置情報を読み出すとともに、ウエハ干渉計１８からのウエハステージＷＳＴの位置情報（ひいてはウエハＷの位置情報）ＷＰＶを取り込む。そして、マーク位置算出装置３５は、観察座標系におけるＹマークＳＹＭ’の２次元位置情報と、ウエハ干渉計１８からのウエハＷの位置情報ＷＰＶとに基づいて、ステージ座標系におけるＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹを算出する。マーク位置算出装置３５は、こうして求められたＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹをマーク位置情報格納領域４４に格納する。
【０１８５】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、マーク候補が存在しなかったり、マーク候補からＹマークＳＹＭを特定できないために、撮像結果からＹマークＳＹＭを検出できなかったときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＮとしている。一方、ＹマークＳＹＭを検出できたときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＦＦとしている。
【０１８６】
こうして、ＹマークＳＹＭの位置ＹＹの検出が終了すると、サブルーチン１０６は処理を終了する。そして、図３のステップ１０７に処理が移行する。
【０１８７】
以上のようにして、サブルーチン１０６が終了すると、以後、図６に示される第１の実施形態における処理と、サブルーチン１１２において上記のサブルーチン１０６と同様の処理をすることを除いて、同様の処理を行いつつ、ウエハ・ローテーションθｓを算出し、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ＳＸ，ＳＹ、直交度ＯＲＴ、Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯＸ、ＯＹの６つのパラメータを算出して、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。
【０１８８】
その後、第１の実施形態と同様にして、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ＷＳＴ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。
【０１８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、１次元形状及び２次元形状の双方で特徴を有するマークの検出にあたり、まず、計算量が少なくて済む１次元形状特徴を利用してマーク候補を抽出し、その後に、検出精度の高い２次元形状特徴を利用して、マーク候補の中から２次元マークＳＹＭ’，ＳθＭ’を特定している。したがって、迅速かつ精度良くマークＳＹＭ’，ＳθＭ’を検出することができる。
【０１９０】
また、本実施形態では、迅速かつ精度良く検出されたマークの位置情報を検出し、その位置情報を利用してウエハＷの位置制御を行いつつウエハＷを露光し、レチクルに形成したパターンをウエハＷに転写している。したがって、迅速かつ精度良く、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。
【０１９１】
なお、上記の第２の実施形態では、マーク候補の抽出にあたって、テンプレートマッチングを行ったが、第１の実施形態におけるマーク候補抽出に用いた１次元信号波形ＪＸ（Ｘ），ＪＹ（Ｙ）におけるピークの自己鏡映対称性を使用することも可能である。また、２つのピーク相互間における鏡映対称性を使用することも可能である。
【０１９２】
また、上記の第２の実施形態では、マーク特定にあたって、それぞれが互いに隣り合う２つの領域ＰＦＳｐ，ＰＦＳｑからなる４つの領域対（ｐ，ｑ）について回転対称度を求め、それらの積を総合的な回転対称度としたが、それぞれが互いに隣り合う２つの領域ＰＦＳｐ，ＰＦＳｑからなる３つの領域対（ｐ，ｑ）について回転対称度を求め、それらの積を総合的な回転対称度とすることも可能である。また、対角関係にある領域対（１，３）及び領域対（２，４）それぞれについて回転対称度を求め、それらの積を総合的な回転対称度とすることも可能である。かかる場合には、１８０°回転対称性を考慮した回転対称度を算出する。
【０１９３】
また、上記の第２の実施形態では、領域ＰＦＳｎ内の画像信号Ｊｎ相互間の回転対称性に注目したが、上述した互いに隣り合う領域間における鏡映対称性に注目して、領域対（ｐ，ｑ）について鏡映対称性を考慮した領域間鏡映対称度を求めることも可能である。
【０１９４】
また、上記の第２の実施形態では、２次元位置検出対象マークとして正方形枠マークを使用したが、他のマークを使用することが可能であるのは勿論である。例えば、ライン・アンド・スペースマークを、２次元位置検出対象マークとして使用することができる。
【０１９５】
また、上記の第２の実施形態では、マーク特定にあたり、４つの領域対について対称度を算出し、それらの積を複数の領域相互間の総合的な対称度としたが、４つの領域対について対称度の和あるいは平均を複数の領域相互間の対称度とすることも可能である。
【０１９６】
また、上記の第２の実施形態では、対称度の算出を、座標変換された一の領域内の画像信号と他の領域内の画像信号との正規化相関係数を算出することによって行ったが、第１の実施形態の場合と同様に、ａ．対称度の算出を、座標変換された一の領域の信号波形と、当該一の領域又は他の領域の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの差の絶対値の総和を算出することにより行うことも可能であり、また、ｂ．領域一致度の算出を、座標変換された一の領域内の信号波形と、当該一の領域又は他の領域内の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの分散値の総和である総分散あるいは当該総分散に基づく標準偏差を、第１の実施形態において説明した方法と同様の方法を使用して算出することによって行うことも可能である。
【０１９７】
なお、上記の第１及び第２の実施形態では、領域間対称度の算出にあたって、個々の領域内信号波形（又は領域内画像信号）間に相似対称性がある場合には、さらに相似対称性を考慮することが可能である。かかる場合には、上述の座標変換に加えて、拡大／縮小変換を行えばよい。
【０１９８】
また、上記の第１及び第２の実施形態では、対称度の解析にあたって対称度が高いことに注目したが、マークの形状と複数の領域の定義の仕方によっては、対称度が低いことに注目することも可能である。
【０１９９】
また、上記の第１及び第２の実施形態では、マークの検出にあたって、マークの全体像が撮像できることを前提としたが、マークが撮像範囲からはみ出る可能性がある場合には、マークが存在する可能性のある範囲にわたって複数の領域の走査を行うことができる。かかる場合には、撮像範囲からはみ出る領域は対称度の計算に使用せず、撮像範囲内にある領域のみ対称度を計算する。このときには、はみ出た領域のかわりに、撮像範囲内において新たに領域を設定してもよいし、領域数が少ないまま総合的な領域間対称度を算出した後、（本来の相関積の数）／（現在の相関積の数）乗してもよい。
【０２００】
また、上記の第１及び第２の実施形態では、領域の走査にあたって、領域間における鏡映対称性の中心とすべき鏡映中心位置すなわち像の鏡映中心位置が既知であることを前提としたが、像の鏡映中心位置が未知である像を対象とする場合には、領域間における鏡映中心位置も移動させながら領域間対称度を算出すればよい。
【０２０１】
また、上記の第１及び第２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。
【０２０２】
また、上記の第１及び第２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。
【０２０３】
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（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造について説明する。
【０２０４】
まず、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、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、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。
【０２０５】
次に、ウエハ処理ステップにおいて、上記のステップで用意され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。
【０２０６】
このウエハ処理ステップは、例えば、半導体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程は、ウエハプロセスの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。
【０２０７】
ウエハプロセスの各段階において、前処理工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおいて上記で説明した露光装置１００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、現像ステップにおいて露光されたウエハが現像され、引き続き、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、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。
【０２０８】
以上のようにして、前処理工程と、レジスト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理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。
【０２０９】
こうしてウエハ処理ステップが終了すると、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおいて処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立てには、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）やパッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。
【０２１０】
最後に、検査ステップにおいて、組立ステップ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。
【０２１１】
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製造される。
【０２１２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のマーク検出方法によれば、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークを検出することができる。
【０２１３】
また、本発明のマーク検出装置によれば、本発明のマーク検出方法を使用してマークを検出するので、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークを検出することができる。
【０２１４】
また、本発明の位置検出方法によれば、本発明のマーク検出方法を使用してマークを検出し、検出したマークの位置情報を求めるので、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークの位置情報を検出することができる。
【０２１５】
また、本発明の位置検出装置によれば、本発明のマーク検出装置によってマークを検出し、検出したマークの位置情報を求めるので、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークの位置情報を検出することができる。
【０２１６】
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求めた基板上のマークの位置情報に基づいて、基板の位置制御を行うので、迅速かつ精度良く基板上にパターンを形成することができる。
【０２１７】
また、本発明の露光装置によれば、本発明の位置検出装置によって求めた基板上のマークの位置情報に基づいて、基板の位置制御を行うので、迅速かつ精度良く基板上にパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の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・アライメントの処理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、第１の実施形態におけるサーチ・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）及び図５（Ｂ）は、第１の実施形態におけるサーチ・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４のマーク位置検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図６のマーク検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図６の処理で使用するマーク検出時の領域を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、領域走査中における図８の領域内の信号波形の変化を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）は領域内鏡映対称度の算出結果を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は並進対称度の算出結果を示すグラフである。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、第２の実施形態におけるサーチ・アライメントマークを説明するための図である。
【図１２】第２の実施形態における観察結果の画像の例を示す図である。
【図１３】第２の実施形態におけるマーク位置検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１３のマーク検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１４の第１次マーク候補抽出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１６（Ａ）は、Ｙ方向領域分割を説明するための図であり、図１６（Ｂ）〜図１６（Ｄ）は、Ｙ方向分割領域の信号波形の例を説明するための図である。
【図１７】図１４の第２次マーク候補抽出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】図１８（Ａ）は、Ｘ方向領域分割を説明するための図であり、図１８（Ｂ）〜図１８（Ｄ）は、Ｘ方向分割領域の信号波形の例を説明するための図である。
【図１９】図１４のマーク特定サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】図２０（Ａ）は、マーク特定時に使用される領域を説明するための図であり、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）の領域位置がマーク位置に一致したときにおける領域内画像を説明するための図である。
【符号の説明】
３３…抽出装置（マーク検出装置の一部）、３４…特定装置（マーク検出装置の一部）、３５…マーク位置算出装置（位置検出装置の一部）、ＡＳ…アライメント系（観察装置、マーク検出装置の一部）、ＳＹＭ，ＳθＭ，ＳＹＭ’，ＳθＭ’…マーク、Ｗ…ウエハ（基板）、ＷＳＴ…ウエハステージ（ステージ装置）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、マーク検出方法、マーク検出装置、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、より詳しくは、物体に形成されたマークを検出するマーク検出方法及び前記マーク検出方法を使用して物体に形成されたマークを検出するマーク検出装置、前記マーク検出方法によって検出されたマークの位置情報を検出する位置検出方法及び位置検出装置、並びに前記位置検出方法によって検出された位置情報に基づいて露光動作を行う露光方法及び露光装置に関する。
【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、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（Ｖｉｓｕａｌ Ｒｅｔｉｃｌｅ 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（Ｌａｓｅｒ 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 Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等が採用されている。かかるウエハのアライメント方式では、近年におけるアライメント精度向上の要請から、マーク変形やレジスト塗りむら等に対して耐性の高いＦＩＡ方式が主流となっている。
【０００４】
以上のような、ＶＲＡ，ＬＳＡ，ＦＩＡ等の光学式アライメント方式では、まず、マークを含む領域の画像信号（１次元信号を含む）を収集する。そして、収集された画像信号のうち、どの部分がマークを反映しているかを特定し、収集された画像信号内のマーク像に対応した画像信号（以下、「マーク信号」という）を認識していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマークの認識にあたっては、そのマークが元々保有しており、マーク信号においても保有していることが予測される特徴を反映していると推定される波形を有するマーク信号候補を全画像信号中から抽出し、抽出されたマーク信号候補におけるその特徴の反映度（以下、「特徴量」という）が最も大きなものをマーク信号として特定している。かかるマーク信号の特定にあたっては、一般に、考慮する特徴の数の種類が多いほどマークの検出精度が高くなる。また、空間的な次元（以下、単に「次元」という）が低い特徴（例えば、１次元特徴）よりも、次元が高い特徴（例えば、１次元特徴に対する２次元特徴）の方がより多くの特徴量情報を有しているので、マークの検出精度の観点からは、次元が高い特徴に関する特徴量を使用することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、多くの特徴それぞれについて、全画像信号中における特徴量分布を求めるのにあたっては、計算資源又は計算時間の増大を避けることができない。また、次元の高い特徴について、全画像信号中における特徴量分布を求めるのにあたっては、次元の低い特徴についての場合よりも計算資源又は計算時間が増大することになる。すなわち、マーク検出精度の向上の観点からすると望ましいとされる、多くの高い次元の特徴それぞれについて、全画像信号中における特徴量分布を求めるためには、計算資源又は計算時間が大きく増大することになる。
【０００７】
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、迅速かつ精度良くマークを検出することが可能なマーク検出方法及びマーク検出装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、迅速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。
【０００９】
また、本発明の第３の目的は、迅速かつ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）を検出するマーク検出方法であって、前記物体を観察する観察工程と；前記マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察工程における観察領域内におけるマーク候補を抽出する抽出工程と；前記第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定する特定工程と；を含むマーク検出方法である。
【００１１】
これによれば、観察工程における物体の観察結果について、抽出工程において、マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察工程における観察の際の観察領域内でマーク候補を抽出する。そして、特定工程において、第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定する。すなわち、第１の特徴量に基づいてマーク候補抽出を行い、明らかにマークが存在しない領域と、マークである可能性があるマーク候補が存在する領域とを判別する。そして、特定工程において、マーク候補が存在する領域それぞれについての第２の特徴量に基づいて、最もマークらしいと推定されるマーク候補を実際のマークとして特定する。したがって、迅速かつ精度良くマークを検出することができる。
【００１２】
本発明のマーク検出方法では、前記第１の特徴量を前記マークの第１の形状特徴に応じたものするとともに、前記第２の特徴量を、前記第１の形状特徴とは異なる前記マークの第２の形状特徴に応じたものとすることができる。
【００１３】
ここで、前記第１の形状特徴と前記第２の形状特徴とを、同一次元の形状特徴とすることができる。
【００１４】
この場合、前記マークを、複数の１次元的な形状特徴を有するマークとすることができる。
【００１５】
本発明のマーク検出方法において、第１の形状特徴に応じた第１の特徴量、及び、第１の特徴量とは異なる第２の形状特徴に応じた第２の特徴量を用いる場合には、前記第１の形状特徴を、前記第２の形状特徴よりも低い次元の形状特徴とすることができる。
【００１６】
ここで、前記マークが、少なくとも１つの１次元的な形状特徴と、少なくとも１つの２次元的な形状特徴とを有するとき、前記第１の形状特徴を前記少なくとも１つの１次元的な形状特徴から予め選択し、また、前記第２の形状特徴を前記少なくとも１つの２次元的な形状特徴から予め選択することができる。
【００１７】
また、本発明のマーク検出方法では、前記第１の特徴量と前記第２の特徴量とを、前記マークの同一の形状特徴について互いに異なる精度で抽出されたものとすることができる。
【００１８】
ここで、前記第１の特徴量と前記第２の特徴量とが、互いに異なるアルゴリズムに従って算出されることとすることができる。
【００１９】
また、本発明のマーク検出方法では、前記第１の特徴量を前記マークの鏡映対称度とし、前記第２の特徴量を前記マークの並進対称度とすることができる。
【００２０】
本発明のマーク検出装置は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）を検出するマーク検出装置であって、前記物体を観察する観察装置（ＡＳ）と；前記マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察装置の観察領域内におけるマーク候補を抽出する抽出装置（３３）と；前記第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定するマーク特定装置（３４）と；を備えるマーク検出装置である。
【００２１】
これによれば、観察装置による物体の観察結果について、抽出装置が、マークに関する第１の特徴量に基づいて、観察領域内からマーク候補を抽出する。そして、特定装置が、第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定する。すなわち、本発明のマーク検出装置は、本発明のマーク検出方法を使用してマークを検出する。したがって、迅速かつ精度良くマークを検出することができる。
【００２２】
本発明のマーク検出装置では、前記第１の特徴量を前記マークの鏡映対称度とし、前記第２の特徴量を前記マークの並進対称度とすることができる。
【００２３】
本発明の位置検出方法は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）の位置情報を検出する位置検出方法であって、前記マークを、本発明のマーク検出方法を使用して検出するマーク検出工程と；前記マーク検出工程において検出された前記マークの位置情報を検出するマーク位置検出工程と；を含む位置検出方法である。
【００２４】
これによれば、マーク検出工程において、本発明のマーク検出方法を使用して、迅速かつ精度良くマークを検出する。そして、マーク位置検出工程において、マーク検出工程において検出されたマークの位置情報を検出する。したがって、迅速かつ精度良くマークの位置情報を検出することができる。
【００２５】
本発明の位置検出装置は、物体に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ；ＳＹＭ’，ＳθＭ’）の位置情報を検出する位置検出装置であって、前記マークを検出する本発明のマーク検出装置と；前記マーク検出装置によって検出された前記マークの位置情報を算出するマーク位置算出装置（３４）と；を備える位置検出装置である。
【００２６】
これによれば、本発明のマーク検出装置が、迅速かつ精度良くマークを検出する。そして、マーク位置算出装置が、マーク検出装置によって検出されたマークの位置情報を算出する。したがって、迅速かつ精度良くマークの位置情報を算出することができる。
【００２７】
本発明の露光方法は、所定のパターンを基板（Ｗ）に形成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本発明の位置検出方法によって検出し、前記基板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基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記基板に形成する形成工程と；を含む露光方法である。
【００２８】
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迅速かつ高精度で検出し、その検出結果に基づいて基板の位置情報を算出する。そして、形成工程において、基板の位置情報に基づいて基板の位置合わせを行いつつ、基板にパターンを形成する。したがって、所定のパターンを迅速かつ精度良く基板に形成することができる。
【００２９】
本発明の露光装置は、所定のパターンを基板（Ｗ）に形成する露光装置であって、前記基板を搭載して移動面に沿って移動するステージ（ＷＳＴ）と；前記ステージに搭載された前記基板上のマーク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。
【００３０】
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、迅速かつ精度良く、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】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図１０を参照して説明する。
【００３２】
図１には、本発明の第１の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１００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、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板（物体）としてのウエハＷが搭載されるステージとしてのウエハステージＷＳＴ、観察装置（撮像装置）としてのアライメント検出系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、オプティカルインテグレータからなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤ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。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ、及び回折光学素子等を採用することができる。こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２４３３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、リニアモ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軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【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（又は速度情報）ＲＰＶ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）ＲＰＶに基づき、ステージ制御系１９及び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、一対のレチクルアライメント系２２（但し、図１では、紙面奥側のレチクルアライメント系は不図示）が配置されている。レチクルアライメント系２２としては、レチクルＲ上のマークとウエハステージＷＳＴ上の後述する基準マーク板ＦＭに形成された第１基準マークとを同時に観察するＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式が採用されている。これらのレチクルアライメント系２２による観察結果（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と一体的に照明光ＩＬの光路外に退避される。
【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、照明系１０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２５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軸方向）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軸方向）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軸方向）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のための走査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はモータ等を含むウエハステージ駆動部２４によりＸＹ２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、この表面にはレチクルアライメント用の一対の第１基準マーク及びベースライン計測用の第２基準マークを含む様々なアライメント用の基準マークが形成されている。
【００４２】
前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像式アライメントセンサから成るオフ・アクシス方式のアラインメント検出系が用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報に開示されている。アライメント検出系ＡＳで観測されたウエハＷ上の観察領域の像データ（撮像データ）ＩＭＤは、主制御系２０に供給される。
【００４３】
更に、本実施形態の露光装置１００では、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されるように、投影光学系ＰＬの結像面（ＸＹ平面）に向けて複数のスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する不図示の照射光学系と、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する不図示の受光光学系とからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）が設けられている。
【００４４】
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。
【００４５】
前記主制御装置３０は、（ａ）ステージ制御系１９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、（ｂ）アライメント検出系ＡＳから送られてきた撮像データＩＭＤを収集する撮像データ収集装置３１と、（ｃ）収集された撮像データＩＭＤに基づいて、マークを検出するマーク検出演算装置３２と、（ｄ）検出されたマークの位置情報を算出するマーク位置算出装置３５とを備えている。なお、上記のアライメント検出系ＡＳ、撮像データ収集装置３１、及びマーク検出演算装置３２からマーク検出装置が構成され、該マーク検出装置及びマーク位置算出装置３５から位置検出装置が構成されている。ここで、マーク検出演算装置３２は、（ｉ）収集された撮像データに基づいて、マーク候補を抽出する抽出装置３３と、（ｉｉ）抽出されたマーク候補の中からマークを特定する特定装置３４とを有している。
【００４６】
前記記憶装置４０は、その内部に、撮像データ格納領域４１と、抽出結果格納領域４２と、特定結果格納領域４３と、マーク位置情報格納領域４４とを有している。
【００４７】
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、主制御系２０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プログラムによって実現することも可能である。
【００４８】
また、主制御系２０を計算機システムとして構成した場合には、主制御装置３０を構成する上記の各装置の後述する機能を実現するためのプログラムの全てを予め主制御系２０に内蔵することは、必ずしも必須ではない。例えば、図１において点線で示されるように、主制御系２０に関しては、必要となるプログラム内容を格納した記憶媒体９１を用意するとともに、記憶媒体９１からプログラム内容を読み出し可能であり、かつ、記憶媒体９１を着脱可能な読取装置９０を主制御系２０に接続し、主制御系２０が、読取装置９０に装填された記憶媒体９１から機能実現のために必要なプログラム内容を読み出して、そのプログラムを実行するように構成することができる。
【００４９】
また、主制御系２０が接続された読取装置９０に装填された記憶媒体９１からプログラム内容を読み出して、内部にインストールする構成とすることができる。さらに、インターネット等を利用し、通信ネットワークを介して機能実現のために必要となるプログラム内容を主制御系２０にインストールする構成とすることもできる。
【００５０】
なお、記憶媒体９１としては、磁気的に記憶するもの（磁気ディスク、磁気テープ等）、電気的に記憶するもの（ＰＲＯＭ，バッテリ・バックアップ付ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭその他の半導体メモリ等）、光磁気的に記憶するもの（光磁気ディスク等）、電気磁気的に記憶するもの（デジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）等）等、種々の記憶形態で記憶するものを採用することができる。
【００５１】
以上のように、機能を実現するためのプログラム内容を記憶した記憶媒体を使用したり、インストールしたりすることが可能なように構成することにより、後におけるプログラム内容の修正や、性能向上のためのバージョンアップ等を容易に行うことができるようになる。
【００５２】
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説明する。
【００５３】
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アライメント検出系ＡＳのベースライン計測を行う。具体的には、主制御系２０では、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板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マーク板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、アライメント検出系ＡＳを用いて基準マーク板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検出系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マーク板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、アライメント検出系ＡＳのベースライン量を計測する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、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（Ａ）に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（Ａ）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ものとする。
【００５７】
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ＳθＭとして、図４（Ｂ）に示されるような、Ｘ方向に延びるラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３とスペースパターンＳＭＳ１，ＳＭＳ２，ＳＭＳ３，ＳＭＳ４とがＹ方向に沿って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ＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）の−Ｙ方向側にはスペースパターンＳＭＳｍが形成されており、また、ラインパターンＳＭＬｍの＋Ｙ方向側にはスペースパターンＳＭＳｍ＋１が形成されている。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としているが、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。
【００５８】
次に、ステップ１０２において、最初の位置検出対象であるＹマークＳＹＭの形成領域がアライメント検出系ＡＳの撮像領域内に入るように、ウエハＷを移動させる。かかるウエハＷの移動は、ウエハ干渉計１８によるウエハステージＷＳＴの位置情報ＷＰＶに基づいて、主制御系２０が、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を移動させることによって行われる。
【００５９】
次いで、ステップ１０５において、制御装置３９の制御のもとで、アライメント検出系ＡＳが、ＹマークＳＹＭを含む領域の撮像を行う。撮像結果は、撮像データＩＭＤとして、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集装置３１が、撮像データＩＭＤを収集し、撮像データ格納領域４１に格納する。
【００６０】
なお、ウエハＷにおけるＹマークＳＹＭ及びθマークＳθＭの形成領域には、図５（Ａ）のＹＺ断面でＹマークＳＹＭのラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）の近傍部が代表的に示されるように、基層５１の表面にラインパターンＳＭＬｍが形成されており、ラインパターンＳＭＬｍ及びスペースパターンＳＭＳｎ（ｎ＝１〜４）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が覆っているものとする。レジスト層ＰＲＴの材質は、例えばポジ型レジスト剤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ＳＭＬｍ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ＳＭＬｍ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ＳＭＬｍ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ＳＭＬｍの上面はほぼ平坦であるとする。
【００６１】
図３に戻り、次に、サブルーチン１０６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ＩＭＤ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。サブルーチン１０６では、図６に示されるように、まず、サブルーチン１３１において、ＹマークＳＹＭの検出が行われる。
【００６２】
かかるＹマークＳＹＭの検出にあたり、サブルーチン１３１では、図７に示されるように、まず、ステップ１４１において、マーク検出演算装置３２の抽出装置３３が、撮像データ格納領域４１に格納された撮像データＩＭＤを読み出して、信号波形Ｉ（Ｙ）を求める。
【００６３】
かかる信号波形Ｉ（Ｙ）を求めるのにあたって、まず、撮像領域におけるウエハＷ上のＸ方向と対応する方向（本実施形態では、ウエハ面と撮像面とが平行であるとする）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、平均的なＹ方向に関する信号強度分布すなわち信号波形Ｉ（Ｙ）を求める。なお、本実施形態では、強度分布平均を求めた後に更に平滑化を行っている。こうして求められた信号波形Ｉ（Ｙ）の例が、図５（Ｂ）に示されている。
【００６４】
この図５（Ｂ）に示されるように、信号波形Ｉ（Ｙ）はラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）それぞれに応じた３つのピークＰＰＫｍを有している。ここで、ピークＰＰＫｍは同一のピーク幅ＷＰを有する。また、ピークＰＰＫ１のＹ方向の中心位置Ｙ１とピークＰＰＫ２のＹ方向の中心位置Ｙ２との間の距離はＰＷ１であり、ピークＰＰＫ２のＹ方向の中心位置Ｙ２とピークＰＰＫ３のＹ方向の中心位置Ｙ３との間の距離はＰＷ２である。また、各ピークＰＰＫｍは、その中心位置Ｙｍに対して鏡映対称な形状を有している。この結果、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ２の形状とは、移動距離ＰＷ１のＹ方向に関する並進対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、移動距離ＰＷ２のＹ方向に関する並進対称性を有しており、また、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、移動距離（ＰＷ１＋ＰＷ２）のＹ方向に関する並進対称性を有している。また、ピークＰＰＫ１の形状は位置Ｙ１に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状は位置Ｙ２に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ３の形状は位置Ｙ３に対して鏡映対称性を有している。
【００６５】
図７に戻り、次に、ステップ１４２において、抽出装置３３が、図８に示されるように、Ｙ方向に順次配列された３つの１次元領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３を定義する。ここで、領域ＰＦＤｍ（ｍ＝１〜３）は、同一のＹ方向幅ＰＷ（＞ＷＰ）を有しており、本実施形態では、領域ＰＦＤ１のＹ方向の中心位置ＹＰＰ１が可変パラメータとなっている（なお、可変パラメータとしては、領域ＰＦＤ１のＹ方向の中心位置ＹＰＰ１に限られず、他の領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２，ＹＰＰ３を可変パラメータとしてもよい）。また、領域ＰＦＤ１の中心位置ＹＰＰ１と領域ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２との距離はＰＷ１に設定されるとともに、領域ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２と領域ＰＦＤ３の中心位置ＹＰＰ３との距離はＰＷ２に設定されている。なお、以下において、領域ＰＦＤｍ内の信号波形をＩｍ（Ｙ）と表すものとする。
【００６６】
引き続き、抽出装置３３が、領域ＰＦＤｍの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＤｍを走査初期位置に設定する。ここで、領域ＰＦＤｍの走査初期位置の設定にあたっては、パラメータ値ＹＰＰ１の初期値を十分に小さくすることも可能であるが、パラメータ値ＹＰＰ１の初期値を、ＹマークＳＹＭの撮像直前の状態で設計上予想されるピークＰＰＫ１のピーク位置Ｙ１の範囲の最小値よりも僅かに小さな値にすることが、ＹマークＳＹＭの検出の迅速性の観点からは望ましい。また、走査終了位置の設定にあたっては、パラメータ値ＹＰＰ１の最終値を十分に大きく設定すればよいが、パラメータ値ＹＰＰ１の最終値を、ＹマークＳＹＭの撮像直前の状態で設計上予想されるピークＰＰＫ１のピーク位置Ｙ１の範囲の最大値よりも僅かに大きな値にすることが、ＹマークＳＹＭの検出の迅速性の観点からは望ましい。
【００６７】
ここで、ステップ１４３以降で実行されるウエハＷ上におけるＹマークＳＹＭの検出の原理について簡単に説明する。
【００６８】
本実施形態におけるＹマークＳＹＭの検出では、まず、領域ＰＦＤｍの相互間距離を維持しつつ、走査初期位置から走査終了位置まで、領域ＰＦＤｍをＹ方向に走査する（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）。ここで、相互間距離を維持しつつ領域ＰＦＤｍを走査するのは、走査中に必ず領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍとが一致する（図９（Ｂ）参照）ことがあり、そのときに、信号波形Ｉ（Ｙ）が元々有していた、上述のピークＰＰＫｍの形状に関する並進対称性及び鏡映対称性が、同時に、領域ＰＦＤｍ内の信号波形Ｉｍ（Ｙ）に関して成立するからである。
【００６９】
ところで、領域ＰＦＤｍの走査中においては、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示されるように、信号波形Ｉｍ（Ｙ）が変化していくが、位置ＹＰＰ１の微少な位置変化に対して、信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性は大きく変化しない。一方、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性は、領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍとが一致したときに最も高くなり、領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍがピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍから少しずれると、大きく低下する。なお、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性は、領域ＰＦＤｍのＹ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹ方向中心位置Ｙｍとが一致したとき以外においても偶発的に高い対称性を示す可能性はある。
【００７０】
以上より、マーク候補の絞込みという観点からは、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性に着目する方が、信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性に着目するよりも有利であることになる。また、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性及び信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性の双方が高くなるのは、ほぼ真のマーク位置に限られている。
【００７１】
したがって、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映対称性に着目してマーク候補を抽出し、抽出されたマーク候補それぞれにおける信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性を調べれば、迅速かつ精度良くマークを検出することができるはずである。そこで、本実施形態では、領域ＰＦＤｍを走査しつつ、信号波形Ｉｍ（Ｙ）それぞれの鏡映変換対称性を調べてマーク候補を抽出した後、抽出されたマーク候補それぞれにおける信号波形Ｉｍ（Ｙ）相互間の並進対称性を調べることによりマークを検出することにしている。
【００７２】
具体的には、以下のようにして、ＹマークＳＹＭを検出している。
【００７３】
すなわち、図７に戻り、上述のステップ１４２に引き続き、ステップ１４３において、抽出装置３３が、領域ＰＦＤｍそれぞれの内の信号波形Ｉｍ（Ｙ）の鏡映対称度を算出する。かかる個別領域内鏡映対称度の算出にあたり、抽出装置３３は、全体の信号波形Ｉ（Ｙ）から、領域ＰＦＤｍ内の信号波形Ｉｍ（Ｙ）（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）を切り出す。ここで、信号波形Ｉｍ（Ｙ）は、次の（１）〜（３）式で表される。
【００７４】
Ｉｍ（Ｙ）＝Ｉ（Ｙ；ＹＰＬｍ≦Ｙ≦ＹＰＵｍ） …（１）
ＹＰＬｍ＝ＹＰＰｍ−ＰＷ／２ …（２）
ＹＰＵｍ＝ＹＰＰｍ＋ＰＷ／２ …（３）
【００７５】
次に、信号波形Ｉｍ（Ｙ）について、領域ＰＦＤｍのＹ方向の中央位置ＹＰＰｍに対する鏡映変換の座標変換を行った変換信号ＭＩｍ（Ｙ’）を、次の（４）式によって算出する。
【００７６】
ＭＩｍ（Ｙ’）＝Ｉｍ（２・ＹＰＰｍ−Ｙ’） …（４）
【００７７】
この（４）式によって算出された信号波形ＭＩｍ（Ｙ’）の定義域は、信号波形Ｉｍ（Ｙ）の定義域と一致している。
【００７８】
引き続き、領域ＰＦＤｍにおける信号波形Ｉｍ（Ｙ）の個別領域内鏡映対称度として、信号波形Ｉｍ（Ｙ）と信号波形ＭＩｍ（Ｙ）との正規化相関係数ＮＣ１ｍ（ＹＰＰ１）を算出する。そして、総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）を次の（５）式により算出する。
【００７９】
ＮＣ１（ＹＰＰ１）＝ＮＣ１１（ＹＰＰ１）・ＮＣ１２（ＹＰＰ１）・ＮＣ１３（ＹＰＰ１） …（５）
【００８０】
次いで、ステップ１４４において、抽出装置３３が、領域ＰＦＤｍが走査終了位置となったか否かを判定する。この段階では、初期位置についてのみ総合領域内鏡映対称度を算出したのみなので、ステップ１４４の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１４５に移行する。
【００８１】
ステップ１４５では、抽出装置３３が、Ｙ位置検出に関する所望の分解能に応じた単位ピッチΔＰとして、ＹＰＰ１←ＹＰＰ１＋ΔＰを行うことにより、Ｙ位置パラメータＹＰＰ１を更新する。引き続き、抽出装置３３は、更新されたＹ位置パラメータＹＰＰ１に応じた位置に領域ＰＦＤｍを移動させる。そして、上記の初期位置の場合と同様にして、ステップ１４３を実行して総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）を算出する。
【００８２】
以下、ステップ１４４において肯定的な判定がなされるまで、上記と同様にして、ステップ１４５においてＹ位置パラメータを単位ピッチΔＰずつ増加させるたびに、ステップ１４３を実行して総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）を算出する。こうして算出された総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）のＹ方向分布の例が、図１０（Ａ）に示されている。
【００８３】
図７に戻り、領域ＰＦＤｍが走査終了位置に到達し、ステップ１４４において肯定的な判定がなされると、処理はステップ１４６に移行する。
【００８４】
ステップ１４６では、抽出装置３３が、予め定めておいた閾値ＮＣＴを使用して、閾値ＮＣＴよりも大きなピーク高を有するピークの位置を、ＹマークＳＹＭが存在する可能性のある位置すなわちマーク候補の位置情報として抽出する。上記の図１０（Ａ）に示されるような総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）のＹ方向分布の場合には、マーク候補の位置として、Ｙ位置ＹＣ１，ＹＣ２，ＹＣ３が抽出される。なお、閾値ＮＣＴよりも大きなピーク高を有するピークの数が非常に多くなった場合には、ピーク高の大きな順に適当な数（例えば、３〜１０個）のピークを選択し、選択されたピークの位置をマーク候補の位置情報として抽出する。
【００８５】
抽出装置３３は、こうして抽出されたマーク候補の位置情報及び信号波形Ｉ（Ｙ）を抽出結果格納領域４２に格納する。なお、抽出結果格納領域４２には、Ｙ位置ＹＣｎ（ｎ＝１〜３）が格納されたものとして、以下の説明を行う。
【００８６】
図７に戻り、次に、ステップ１４７において、特定装置３４が、マーク候補それぞれについて、並進対称度を算出する。かかる並進対称度の算出にあたり、特定装置３４は、まず、抽出結果格納領域４２からマーク候補の位置情報であるＹ位置ＹＣｎ及び信号波形Ｉ（Ｙ）を読み出す。
【００８７】
引き続き、特定装置３４は、前述した図８に示される領域ＰＦＤｍ（ｍ＝１〜３）を定義する。そして、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１をＹ位置ＹＣ１に設定する。
【００８８】
次いで、特定装置３４は、２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，１））のうちの最初の領域対（例えば、領域対（１，２））を選択する。引き続き、特定装置３４は、信号波形Ｉ（Ｙ）から、領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ内の信号波形Ｉｐ（Ｙ），Ｉｑ（Ｙ）（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）を切り出す。このとき、信号波形Ｉｐ（Ｙ）は次の（６）〜（８）式で表され、信号波形Ｉｑ（Ｙ）は次の（９）〜（１１）式で表される。
【００８９】
Ｉｐ（Ｙ）＝Ｉ（Ｙ；ＹＰＬｐ≦Ｙ≦ＹＰＵｐ） …（６）
ＹＰＬｐ＝ＹＰＰｐ−ＰＷ／２ …（７）
ＹＰＵｐ＝ＹＰＰｐ＋ＰＷ／２ …（８）
【００９０】
Ｉｑ（Ｙ）＝Ｉ（Ｙ；ＹＰＬｑ≦Ｙ≦ＹＰＵｑ） …（９）
ＹＰＬｑ＝ＹＰＰｑ−ＰＷ／２ …（１０）
ＹＰＵｑ＝ＹＰＰｑ＋ＰＷ／２ …（１１）
【００９１】
次に、特定装置３４は、信号波形Ｉｑ（Ｙ）を信号波形Ｉｐ（Ｙ）の位置に平行移動した変換信号ＴＩｑ（Ｙ）を、次の（１２）式によって算出する。
【００９２】
ＴＩｑ（Ｙ）＝Ｉｑ（Ｙ＋ＹＰＰｑ−ＹＰＰｐ） …（１２）
【００９３】
この（１２）式によって算出された信号波形ＴＩｑ（Ｙ）の定義域は、信号波形Ｉｐ（Ｙ）の定義域と一致している。
【００９４】
引き続き、特定装置３４は、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１が位置ＹＣ１であるときの信号波形Ｉｐ（Ｙ）と信号波形Ｉｑ（Ｙ）との並進移動対称度を表す、信号波形Ｉｐ（Ｙ）と信号波形ＴＩｑ（Ｙ）との正規化相関係数ＮＣ２ｐ，ｑ（ＹＣ１）を算出する。
【００９５】
次いで、特定装置３４は、他の２つの領域対（ｐ，ｑ）についても、上記の最初の領域対と同様にして、正規化相関係数ＮＣ２ｐ，ｑ（ＹＣ１）を算出する。そして、特定装置３４は、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１が位置ＹＣ１である場合における総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１）を、次の（１３）式により算出する。
【００９６】
ＮＣ２（ＹＣ１）＝ＮＣ２１，２（ＹＣ１）・ＮＣ２２，３（ＹＣ１）・ＮＣ２３，１（ＹＣ１） …（１３）
【００９７】
引き続き、特定装置３４は、領域ＰＦＤ１のＹ方向中心位置ＹＰＰ１が位置ＹＣ２，ＹＣ３である場合における総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ２），ＮＣ２（ＹＣ３）を、上記の総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１）の場合と同様にして算出する。こうして算出された総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１），ＮＣ２（ＹＣ２），ＮＣ２（ＹＣ３）のＹ方向分布の例が、図１０（Ｂ）に●によって示されている。なお、図１０（Ｂ）には、Ｙ方向の全領域に関する総合並進対称度ＮＣ２（Ｙ）が破線にて、併せて示されている。
【００９８】
図７に戻り、次に、ステップ１４８において、特定装置３４は、マーク候補の中からＹマークＳＹＭを特定する。かかるＹマークＳＹＭの特定にあたり、特定装置３４は、総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ１），ＮＣ２（ＹＣ２），ＮＣ２（ＹＣ３）のうちで最大であり、かつ、その総合並進対称度が所定値以上のものを求める。ここでは、図１０（Ｂ）に示されるように、総合並進対称度ＮＣ２（ＹＣ２）が最大であり、かつ、所定値以上であったとする。この場合には、ＹマークＳＹＭの像が存在する位置の情報としてＹ位置ＹＣ２が特定され、Ｙ位置ＹＣ２にある像がマーク像であると特定される。特定装置３４は、こうして特定されたＹマークＳＹＭの観察座標系における位置ＹＣ２を、特定結果格納領域４３に格納する。
【００９９】
こうしてマークの検出が終了すると、サブルーチン１３１の処理が終了する。そして、図６のステップ１３２に処理が移行する。
【０１００】
ステップ１３２では、マーク位置算出装置３５が、上述したウエハ干渉計１８規準で定義されるステージ座標系におけるＹマークＳＹＭの位置を算出する。かかるＹマークＳＹＭの位置の算出にあたり、マーク位置算出装置３５は、特定結果格納領域４３から観察座標系におけるＹマークＳＹＭの位置情報ＹＣ２を読み出すとともに、ウエハ干渉計１８からのウエハステージＷＳＴの位置情報（ひいてはウエハＷの位置情報）ＷＰＶを取り込む。そして、マーク位置算出装置３５は、観察座標系におけるＹマークＳＹＭの位置情報ＹＣ２と、ウエハ干渉計１８からのウエハＷの位置情報ＷＰＶとに基づいて、ステージ座標系におけるＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹを算出する。マーク位置算出装置３５は、こうして求められたＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹをマーク位置情報格納領域４４に格納する。
【０１０１】
なお、本実施形態では、マーク候補が存在しなかったり、マーク候補からＹマークＳＹＭを特定できないために、撮像結果からＹマークＳＹＭを検出できなかったときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＮとしている。一方、ＹマークＳＹＭを検出できたときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＦＦとしている。
【０１０２】
こうして、ＹマークＳＹＭの位置ＹＹの検出が終了すると、サブルーチン１０６は処理を終了する。そして、図３のステップ１０７に処理が移行する。
【０１０３】
ステップ１０７において、ＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹが算出できたか否かが、マーク位置検出不可フラグが「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１０８に移る。
【０１０４】
次に、ステップ１０８〜１１２において、上述のステップ１０２〜１０６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１１３において、マークＳθＭ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１２１に移る。
【０１０５】
引き続き、ステップ１２１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θｓを算出する。
【０１０６】
次に、ステップ１２３において、主制御系２０は、アライメント検出系ＡＳの倍率を高倍率に設定し、この状態で、上記ステップ１２１で求めたウエハ・ローテーションθｓを使用して、各サーチ・アライメントマークがアライメント検出系ＡＳの真下になる位置に、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを順次位置決めしつつ、アライメント検出系ＡＳを用いて各サーチ・アライメントマークを検出する。この際、主制御系２０では、各サーチ・アライメントマークの検出時のアライメント検出系ＡＳの計測値とそのときのウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて、各サーチ・アライメントマークの座標位置を検出する。
【０１０７】
引き続き、ステップ１２４において、主制御系２０は、例えば特開昭６１−４４４２９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ＳＸ，ＳＹ、直交度ＯＲＴ、Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯＸ、ＯＹの６つのパラメータを算出する。
【０１０８】
次いで、ステップ１２５において、主制御系２０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。
【０１０９】
なお、上記のステップ１２３，１２４，１２５の処理の具体的内容は、例えば上記特開昭６１−４４４２９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。
【０１１０】
その後、主制御系２０では、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ＷＳＴ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。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態によれば、マークＳＹＭ，ＳθＭのＹ方向に関する形状特徴である領域内鏡映対称性と並進対称性を利用して、まず、鏡映対称性を撮像結果のほぼＹ方向全域にわたって、領域内鏡映対称性を調べることにより、撮像結果におけるマーク候補を抽出する。そして、各マーク候補における並進対称性を調べることにより撮像視野内におけるマークＳＹＭ，ＳθＭを特定している。したがって、迅速かつ精度良くマークＳＹＭ，ＳθＭを検出することができる。
【０１１２】
また、上記の領域内鏡映対称性と並進対称性のうち、マーク候補の絞込みにより適した鏡映対称性によりマーク候補を抽出するので、迅速性を向上してマークＳＹＭ，ＳθＭを検出することができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、迅速かつ精度良く検出されたマークの位置情報を検出し、その位置情報を利用してウエハＷの位置制御を行いつつウエハＷを露光し、レチクルに形成したパターンをウエハＷに転写している。したがって、迅速かつ精度良く、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。
【０１１４】
なお、上記の実施形態では、領域内対称性を利用してマーク候補の絞込みを行ったが、上記の実施形態では利用しなかった領域間鏡映対称性を利用してマーク候補の絞込みを行うことも可能である。すなわち、前述した図５（Ｂ）に示されるように、信号波形Ｉ（Ｙ）において、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ２の形状とは、位置Ｙ１と位置Ｙ２との中点位置に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、位置Ｙ２と位置Ｙ３との中点位置に対して鏡映対称性を有しており、また、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、位置Ｙ１と位置Ｙ３との中点位置に対して鏡映対称性を有していることから、図７のステップ１４３において、抽出装置３３が領域間鏡映対称性を利用した次の処理を行うことにより、マーク候補の絞込みを行うことが可能である。
【０１１５】
まず、抽出装置３３が、上記の実施形態における並進対称度の算出の場合と同様にして、領域ＰＦＤｍの中の２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，１））のうちの最初の領域対（例えば、領域対（１，２））を選択し、信号波形Ｉ（Ｙ）から、領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ内の信号波形Ｉｐ（Ｙ），Ｉｑ（Ｙ）を切り出す。引き続き、抽出装置３３は、信号波形Ｉｑ（Ｙ）について、領域ＰＦＤｐと領域ＰＦＤｑとのＹ方向の中央位置ＹＰＰｐ，ｑ（＝（ＹＰＰｐ＋ＹＰＰｑ）／２）に対する鏡映変換の座標変換を行った変換信号ＴＩｑ（Ｙ’）を、次の（１４）式を算出して求める。
【０１１６】
ＴＩｑ（Ｙ’）＝Ｉｑ（２ＹＰＰｐ，ｑ−Ｙ’） …（１４）
【０１１７】
次に、抽出装置３３は、信号波形Ｉｐ（Ｙ），Ｉｑ（Ｙ）の領域間鏡映対称度として、信号波形Ｉｐ（Ｙ）と信号波形ＴＩｑ（Ｙ’）との正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を、全ての領域対（ｐ，ｑ）について算出する。引き続き、抽出装置３３が、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を使用して、総合領域間鏡映対称度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を、次の（１５）式によって算出する。
【０１１８】
ＮＣＦ（ＹＰＰ１）＝ＮＣＦ１，２（ＹＰＰ１）・ＮＣＦ２，３（ＹＰＰ１）・ＮＣＦ３，１（ＹＰＰ１） …（１５）
【０１１９】
そして、抽出装置３３は、所望の分解能に応じた単位ピッチをΔＰとして、ＹＰＰ１←ＹＰＰ１＋ΔＰを行うことにより、Ｙ位置パラメータＹＰＰ１を更新しながら、総合領域間鏡映対称度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）をＹ方向全域にわたって算出する。
【０１２０】
以上のようにして求められた総合領域間鏡映対称度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を上記の実施形態の総合領域内鏡映対称度ＮＣ１（ＹＰＰ１）の代わりに使用して、上記の実施形態の場合と同様に、ステップ１４６におけるマーク候補の抽出を行うことにより、上記の実施形態の場合と同様のマーク候補の絞込みを行うことができる。
【０１２１】
また、上記の実施形態では、マークＳＹＭ，ＳθＭの特定に並進対称性を用いたが、マーク候補抽出に領域内鏡映対称性を利用しつつ、マークＳＹＭ，ＳθＭの特定の領域間鏡映対称性を利用することもできる。
【０１２２】
さらに、マーク候補抽出に領域間鏡映対称性を利用しつつ、マークＳＹＭ，ＳθＭの特定の領域内鏡映対称性を利用することもできる。
【０１２３】
また、上記の第１の実施形態では、信号波形同士の対称度の算出を、２つの信号波形における正規化相関係数を算出することによって行ったが、２つの信号波形において互いに対応する点における信号レベルの差の絶対値の総和を算出することにより行うことも可能である。かかる場合には、実行する演算が非常に簡単であり、かつ、対称度を直接的に反映した値を算出して解析するので、簡易かつ迅速に対称度を算出することができる。なお、この場合には、算出結果が小さいほど対称性が高いということになる。
【０１２４】
また、対称度の算出を、２つの信号波形とにおいて互いに対応する点における信号レベルの分散値の総和である総分散値あるいは該総分散値に基づく標準偏差を算出することによって行うことも可能である。
【０１２５】
こうした総分散値あるいは該総分散値に基づく標準偏差の算出にあたっては、上述の領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３内の信号波形Ｉ１（Ｙ），Ｉ２（Ｙ），Ｉ３（Ｙ）及びこれらの反転波形（鏡映対称波形）のように同一の形状であると考えられる波形群の中から、比較をしたい２以上の波形を選択する。引き続き、各波形について、波形の各位置の値から当該波形の平均値を引く等のオフセット除去操作、及びオフセット除去後の波形に関する標準偏差を求め、その標準偏差でオフセット除去後の波形の各位置の値を除算する等のノーマライズ操作を行う。
【０１２６】
次に、ノーマライズ後の各波形の定義域が同一になるように、必要に応じて並進変換の座標変換を行う。引き続き、当該定義域における各位置における各ノーマライズ波形の値の分散を算出する。そして、各位置の分散の総和を算出することにより、総分散を算出する。
【０１２７】
以上の総分散の算出を、領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３を上記の実施形態と同様にして移動させながら行い、領域移動位置の変化による総分散の変化の様子を、総分散の値が小さいほど波形の一致度が高いことを考慮しつつ解析する。かかる場合にも、実行する演算が非常に簡単であり、かつ、対称度を直接的に反映した値を算出して解析するので、簡易かつ迅速に対称度を算出することができる。
【０１２８】
なお、上記の総分散に代えて、総分散の平方根である標準偏差を使用することもできる。
【０１２９】
また、以上の総分散又は標準偏差を使用する方法を３以上の波形について適用すれば、３以上の領域それぞれにおける波形の総合的な対称度を、一挙に評価することができる。
【０１３０】
なお、こうした総分散又は標準偏差を使用する方法は、複数の比較波形の平均波形を求め、平均波形と各波形の差を評価する方法と同等の方法である。
【０１３１】
また、上記の第１の実施形態では、信号波形同士の相関を算出したが、平均波形を最初に求め、その後に各波形と平均波形との相関を算出ことにより、領域間一致度の指標を算出することとしてもよい。
【０１３２】
《第２の実施形態》
次に、本発明の露光装置の第２の実施形態を説明する。本実施形態の露光装置は第１の実施形態の露光装置１００と同様の構成を有しており、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置を検出する第１の実施形態と、図１１（Ａ）に示される形状を有するマークＳＹＭ’（ＳθＭ’）のＸＹ位置を検出する点のみが異なる。すなわち、上述の図６及び図７に示されるサブルーチン１０６，１３１における処理のみが異なるので、かかる相違点に主に着目して、以下説明する。なお、本実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１３３】
マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）は、図１１（Ａ）に示されるように、正方形枠の形状を有している。ここで、外縁正方形の一辺の長さがＷＳであり、枠幅がＷＦであるものとする。また、枠領域が上述のライン部ＳＭＬ１〜ＳＭＬ３と同様に形成されているとともに、枠領域の外側近傍を含むマーク形成領域ＭＡＹ（ＭＡθ）における枠領域以外の領域が上述のスペース部ＳＭＳ１〜ＳＭＳ３と同様に形成されているものとする（図５（Ａ）参照）。
【０１３４】
このマークＳＹＭ’（ＳθＭ’）は、様々な１次元形状特徴及び２次元形状特徴を有している。ここで、後述する本実施形態におけるマーク検出に利用する形状特徴を説明する。
【０１３５】
マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）を含むマーク形成領域ＭＡＹ（ＭＡθ）の撮像結果Ｊ（Ｘ，Ｙ）において、Ｙ方向についての同一位置の輝度について和をとって得られるＸ方向に関する信号波形ＪＸ（Ｘ）は、図１１（Ｂ）に示されるようになる。すなわち、信号波形ＪＸ（Ｘ）は、幅がＷＦの２つのピークＰＫ１，ＰＫ２を有する。そして、ピークＰＫ１の中心とピークＰＫ２の中心との間は、距離（ＷＳ−ＷＦ）だけ隔たっており、かつ、ピークＰＫ１とピークＰＫ２との間の信号レベルは、ピークＰＫ１の−Ｘ方向側近傍の信号レベル及びピークＰＫ２の＋Ｘ方向側近傍の信号レベルよりも高い。信号波形ＪＸ（Ｘ）は、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の形状に応じて、こうした特徴的な波形を有している。
【０１３６】
なお、マーク形成領域ＭＡＹ（ＭＡθ）の撮像結果Ｊ（Ｘ，Ｙ）において、Ｘ方向についての同一位置の輝度について和をとって得られるＹ方向に関する信号波形ＪＹ（Ｙ）も、上記の信号波形ＪＸ（Ｘ）と同様の波形特徴を有している。こうした、信号波形ＪＸ（Ｘ），ＪＹ（Ｙ）は、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）に応じて予め知られているものであり、抽出装置３３は、これらの信号波形ＪＸ（Ｘ），ＪＹ（Ｙ）をテンプレート波形として有しているものとする。
【０１３７】
また、マークＳＹＭ（ＳθＭ）は、マーク中心を回転中心として、９０°、１８０°、２７０°（−９０°）回転対称性を有する。この結果、マークＳＹＭ（ＳθＭ）の撮像結果Ｊ（Ｘ，Ｙ）におけるマーク像の一部を切り取った領域内においてその領域中心を回転中心として、９０°、１８０°、２７０°（−９０°）回転を行った結果は、マーク像を、その中心を回転中心として９０°、１８０°、２７０°（−９０°）回転を行ったとき、その領域が位置する位置におけるマーク像の一部と一致することになる。信号波形Ｊ（Ｘ，Ｙ）は、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の形状に応じて、こうした特徴的な波形を有している。
【０１３８】
本実施形態では、こうしたマークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の形状に応じた特徴的な波形を利用して、マークＳＹＭ’（ＳθＭ’）の検出を行っている。
【０１３９】
以下、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説明する。
【０１４０】
まず、第１の実施形態と同様に、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アライメント検出系ＡＳのベースライン計測を行う。
【０１４１】
このような準備作業の終了後、第１の実施形態の場合と同様にして、図３のステップ１０１〜１０５までの処理が実行され、マークＳＹＭ’の像が撮像される。そして、マークＳＹＭ’に関する撮像データＩＭＤが、撮像データ格納領域４１に格納される。この撮像結果の例が、図１２に示されている。この図１２に示される撮像結果の例は、撮像領域ＶＡ内に、ＹマークＳＹＭ’と、パターンＮＰ１〜ＮＰ３とが含まれている例である。ここで、パターンＮＰ１は、ＹマークＳＹＭ’における枠部分の４辺のうち、Ｙ方向に延びる２辺のみから成るパターンである。また、パターンＮＰ２は、ＹマークＳＹＭ’と比べて、Ｘ方向に延びる２つの線パターンがＹ方向に延びる２つの線パターンを結んでおらず、閉領域を形成していないパターンである。また、パターンＮＰ３は、Ｙ方向に延びる１辺のみから成るパターンである。以後、図１２に示される撮像結果が得られたとして、説明する。
【０１４２】
図３に戻り、次に、サブルーチン１０６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ＩＭＤに含まれる２次元画像信号ＩＳＹＭ（Ｘ，Ｙ）からＹマークＳＹＭ’のＸＹ位置が算出される。このサブルーチン１０６では、図１３に示されるように、まず、サブルーチン１５１において、ＹマークＳＹＭの検出が行われる。
【０１４３】
サブルーチン１５１では、図１４に示されるように、まず、サブルーチン１６１において、抽出装置３３が、視野領域をＹ方向に沿って分割し、分割された領域それぞれにおいて、第１次マーク候補を抽出する。
【０１４４】
サブルーチン１６１では、図１５に示されるように、まず、ステップ１７１において、抽出装置３３が、撮像領域のＹ方向分割を行う。このＹ方向分割により、図１６（Ａ）に示されるように、撮像領域ＶＡが、分割ピッチＷＡ（＞ＷＳ）で、Ｘ方向に長い分割領域ＸＡ１〜ＸＡＮＸに分割される。ここで、分割ピッチＷＡは、マーク幅ＷＳの２倍以上に設定することが望ましい。なお、かかる領域ＶＡの分割により、図１６（Ａ）に示されるように、分割領域ＸＡ２内にＹマークＳＹＭが入り、分割領域ＸＡ３内にパターンＮＰ１が入り、分割領域ＸＡＳ内にパターンＮＰ２，ＮＰ３が入ったものとする。
【０１４５】
図１５に戻り、次に、ステップ１７２において、抽出装置３３が、分割領域ＸＡｉ（ｉ＝１〜ＮＸ）ごとに、同一Ｘ位置の画素について輝度値の和をとって、分割領域ＸＡｉそれぞれを代表する信号波形ＪＸｉ（Ｘ）を算出する。こうして算出された信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のうち、マークＳＹＭ’の寄与が含まれる信号波形ＪＸ２（Ｘ）、パターンＮＰ１の寄与が含まれる信号波形ＪＸ３（Ｘ）、及びパターンＮＰ２，ＮＰ３の寄与が含まれる信号波形ＪＸＳ（Ｘ）が、それぞれ図１６（Ｂ）〜図１６（Ｄ）に実線で示されている。
【０１４６】
図１５に戻り、引き続き、ステップ１７３において、抽出装置３３が、信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のＸ方向の全範囲について、上述のテンプレート波形ＪＸ（Ｘ）を移動させながら、テンプレートマッチングを行う。かかるテンプレートマッチングの結果のうち、信号波形ＪＸ２（Ｘ），ＪＸ３（Ｘ），ＪＸＳ（Ｘ）についてのテンプレートマッチング結果、すなわち、マッチング度のＸ位置変化に伴う変化（マッチング度波形）が、それぞれ図１６（Ｂ）〜図１６（Ｄ）に破線で示されている。
【０１４７】
ここで、図１６（Ｂ）に示されるように、信号波形ＪＸ２（Ｘ）については、ＹマークＳＹＭ’に応じたＸ位置においてマッチング度波形は高く鋭いピークを有し、他のＸ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１６（Ｃ）に示されるように、信号波形ＪＸ３（Ｘ）について、マッチング度波形は、パターンＮＰ１に応じたＸ位置において高く鋭いピークを有し、他のＸ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１６（Ｄ）に示されるように、信号波形ＪＸＳ（Ｘ）について、マッチング度波形は、パターンＮＰ２に応じたＸ位置において高く鋭いピークを有し、パターンＮＰ３に応じたＸ位置において低く緩いピークを有し、他のＸ位置には有意なピークがなかったものとする。更に、他の信号波形ＪＸｉ（Ｘ）については有意なピークはなかったものとする。
【０１４８】
図１５に戻り、次いで、ステップ１７４において、抽出装置３３が、信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のテンプレートマッチング結果に基づいて、第１次マーク候補を抽出する。すなわち、信号波形ＪＸｉ（Ｘ）のマッチング度波形が鋭く高いピークを有する部分の撮像結果を、第１次マーク候補として抽出する。この結果、ＹマークＳＹＭ’、パターンＮＰ１、及びパターンＮＰ２それぞれに応じた部分の撮像結果が第１次マーク候補として抽出される。
【０１４９】
こうして第１次マーク候補の抽出が終了すると、サブルーチン１６１の処理が終了し、処理が図１４のサブルーチン１６２に移行する。
【０１５０】
サブルーチン１６２では、図１７に示されるように、まず、ステップ１８１において、抽出装置３３が、撮像領域のＸ方向分割を行う。このＸ方向分割により、図１８（Ａ）に示されるように、撮像領域ＶＡが、分割ピッチＷＡ（＞ＷＳ）で、Ｙ方向に長い分割領域ＹＡ１〜ＹＡＮＹに分割される。なお、かかる領域ＶＡの分割により、図１８（Ａ）に示されるように、分割領域ＹＡ２内にＹマークＳＹＭ’が入り、分割領域ＹＡ４内にパターンＮＰ２が入り、分割領域ＹＡＲ内にパターンＮＰ１が入ったものとする。なお、パターンＮＰ３については、上述のＹ領域分割による第１次マーク候補抽出によって、第１次マーク候補として抽出されないことから、どの分割領域ＹＡｊ（ｊ＝１〜ＮＹ）に入るかについての説明を省略する。
【０１５１】
図１７に戻り、次に、ステップ１８２において、抽出装置３３が、分割領域ＹＡｊごとに、同一Ｙ位置の画素について輝度値の和をとって、分割領域ＹＡｊそれぞれを代表する信号波形ＪＹｊ（Ｙ）を算出する。こうして算出された信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のうち、マークＳＹＭ’の寄与が含まれる信号波形ＪＹ２（Ｙ）、パターンＮＰ２の寄与が含まれる信号波形ＪＹ４（Ｙ）、及びパターンＮＰ１の寄与が含まれる信号波形ＪＹＲ（Ｙ）が、それぞれ図１８（Ｂ）〜図１８（Ｄ）に実線で示されている。
【０１５２】
図１７に戻り、引き続き、ステップ１８３において、抽出装置３３が、信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のＹ方向の全範囲について、上述のテンプレート波形ＪＹ（Ｙ）を移動させながら、テンプレートマッチングを行う。かかるテンプレートマッチングの結果のうち、信号波形ＪＹ２（Ｙ），ＪＹ４（Ｙ），ＪＹＲ（Ｙ）についてのテンプレートマッチング結果、すなわち、マッチング度波形が、それぞれ図１８（Ｂ）〜図１８（Ｄ）に破線で示されている。
【０１５３】
ここで、図１８（Ｂ）に示されるように、信号波形ＪＹ２（Ｙ）については、ＹマークＳＹＭ’に応じたＹ位置においてマッチング度波形は高く鋭いピークを有し、他のＹ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１８（Ｃ）に示されるように、信号波形ＪＹ４（Ｙ）について、マッチング度波形は、パターンＮＰ２に応じたＹ位置において高く鋭いピークを有し、他のＹ位置には有意なピークがなかったものとする。また、図１８（Ｄ）に示されるように、信号波形ＪＹＲ（Ｙ）について、マッチング度波形は、有意なピークがなかったものとする。更に、他の信号波形ＪＹｊ（Ｙ）については有意なピークはなかったものとする。
【０１５４】
図１７に戻り、次いで、ステップ１８４において、抽出装置３３が、信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のテンプレートマッチング結果に基づいて、第２次マーク候補を抽出する。すなわち、信号波形ＪＹｊ（Ｙ）のマッチング度波形が鋭く高いピークを有する部分の撮像結果を、第２次マーク候補として抽出する。この結果、ＹマークＳＹＭ’及びパターンＮＰ２それぞれに応じた部分の撮像結果が第２次マーク候補として抽出される。
【０１５５】
引き続き、抽出装置３３は、第１次マーク候補として抽出され、かつ、第２次マーク候補として抽出されたマーク候補を最終的なマーク候補として抽出する。この最終マーク候補抽出は、同一のマーク候補であるとして、そのマーク候補の第１次マーク候補として抽出されたマーク候補の推定位置と第２次マーク候補として抽出されたマーク候補の推定位置とが矛盾していないことを判断規準として行われる。すなわち、第１次マーク候補として抽出されたときの分割領域ＸＡｉのＹ方向幅内に、第２次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＹ位置があり、かつ、第２次マーク候補として抽出されたときの分割領域ＹＡｊのＸ方向幅内に、第１次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＸ位置があるときに、そのマーク候補が最終的なマーク候補とされる。この結果、ＹマークＳＹＭ’及びパターンＮＰ２それぞれに応じた部分の撮像結果が最終マーク候補として抽出される。そして、抽出装置３３は、最終マーク候補それぞれについて、第１次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＹ位置及び第２次マーク候補として抽出されたときのマッチング度波形ピークのＸ位置、並びに撮像結果として得られた画像信号Ｊ（Ｘ，Ｙ）を、最終マーク候補の推定位置及び波形情報として、抽出結果格納領域４２に格納する。
【０１５６】
こうして最終マーク候補の抽出が終了すると、サブルーチン１６２の処理が終了し、処理が図１４のサブルーチン１６３に移行する。
【０１５７】
サブルーチン１６３では、図１９に示されるように、まず、ステップ１９１において、特定装置３４が、最終マーク候補の推定位置及び画像信号Ｊ（Ｘ，Ｙ）を抽出結果格納領域４２から読み出す。そして、特定装置３４は、図２０（Ａ）に示されるような、４つの２次元領域ＰＦＳ１，ＰＦＳ２，ＰＦＳ３，ＰＦＳ４を定義する。ここで、領域ＰＦＳｔ（ｔ＝１〜４）は、同一のＸ方向幅ＰＷ（＞ＷＦ）、及び、同一のＹ方向幅ＰＷの正方形である。また、領域ＰＦＳ１の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）、ＰＦＳ２の中心位置が（ＸＰＰ２（＝ＸＰＰ１＋ＷＳ−ＷＦ），ＹＰＰ１）、ＰＦＳ３の中心位置が（ＸＰＰ２，ＹＰＰ２（＝ＹＰＰ１＋ＷＳ−ＷＦ））、ＰＦＳ４の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ２）に設定されている。なお、領域ＰＦＳ１の中心位置（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が可変パラメータとされている。
【０１５８】
引き続き、特定装置３４は、最初の最終マーク候補（例えば、ＹマークＳＹＭ’）の推定位置に基づき、そのの推定精度を考慮して、最初の最終マーク候補の存在範囲を求める。そして、特定装置３４は、領域ＰＦＳｔの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＳｔを初期位置に設定する。
【０１５９】
ここで、ステップ１９２以降で実行されるウエハＷ上のＹマークＳＹＭ’の特定の原理について簡単に説明する。
【０１６０】
本実施形態におけるＹマークＳＹＭ’の特定では、上述した最終マーク候補の存在範囲内において、領域ＰＦＳｔの相互間距離を維持しつつ、初期位置から終了位置まで、領域ＰＦＳｔを２次元走査する。ここで、相互間距離を維持しつつ領域ＰＦＳｔを走査するのは、走査中に必ずパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）がＹマークＳＹＭ’の対応位置と一致することがあり、そのときのみに成立する領域ＰＦＳｔ内画像相互間の対称性があるからである。なお、以下の説明において、領域ＰＦＳｔ内の画像信号をＪｔ（Ｘ，Ｙ）と記すものとする。
【０１６１】
すなわち、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）がＹマークＳＹＭ’の対応位置と一致した場合には、図２０（Ｂ）に示されるように、領域ＰＦＳｔ内画像相互間には、各領域の中心を中心とする回転移動（以下、単に「回転移動」という）と平行移動とを組み合わせた対称性（以下、単に「回転対称性」という）がある。かかる対称性の関係についてより詳細に説明すると、例えば、領域ＰＦＳ１内の画像信号Ｊ１（Ｘ，Ｙ）と、領域ＰＦＳ１とＸ方向で隣り合う領域ＰＦＳ２内の画像信号Ｊ２（Ｘ，Ｙ）とは、９０°の回転対称性を有する。また、領域ＰＦＳ１内の画像信号Ｊ１（Ｘ，Ｙ）と、領域ＰＦＳ１とＹ方向で隣り合う領域ＰＦＳ４内の画像信号Ｊ４（Ｘ，Ｙ）とは、２７０°（−９０°）の回転対称性を有する。なお、上記の回転角度は、図２０（Ｂ）の紙面上で左回りが角度増加方向であるとして表現されており、以下の説明においてもこの表現を使用する。
【０１６２】
本実施形態では、回転対称性の成立性を解析することにより、最終マーク候補のいずれがＹマークＳＹＭ’であるかを特定している。
【０１６３】
具体的には、以下のようにして、最終マーク候補のいずれがＹマークＳＹＭ’であるかを特定している。
【０１６４】
すなわち、図１９に戻り、上記のステップ１９１に引き続き、ステップ１９２において、特定装置３４が、まず、領域ＰＦＳｔの中の互いに隣り合う２つの領域ＰＦＳｐ，ＰＦＳｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，４）、（４，１））の内の最初の領域対（ここでは、領域対（１，２）とする）を選択する。引き続き、特定装置３４は、画像信号Ｊ（Ｘ，Ｙ）から、領域ＰＦＳ１，ＰＦＳ２内の信号波形Ｊ１（Ｘ，Ｙ），Ｊ２（Ｘ，Ｙ）を切り出す。
【０１６５】
次に、特定装置３４は、信号波形Ｊ１（Ｘ，Ｙ）について、領域ＰＦＳ１の中心点（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を回転中心として９０°回転の座標変換を行う。この９０°回転の座標変換では、まず、領域ＰＦＳ１の中心点が座標原点となるように平行移動変換Ｓを行った変換信号ＳＪ１（Ｘ，Ｙ）を、次の（１６）式により算出する。
【０１６６】
ＳＪ１（Ｘ，Ｙ）＝Ｊ１（Ｘ＋ＸＰＰ１，Ｙ＋ＹＰＰ１） …（１６）
【０１６７】
引き続き、変換信号ＳＪ１（Ｘ，Ｙ）を、座標原点を中心として９０度回転変換Ｒを行った変換信号ＲＪ１（Ｘ，Ｙ）を、次の（１７）式により算出する。
【０１６８】
ＲＪ１（Ｘ，Ｙ）＝ＳＪ１（Ｙ，−Ｘ） …（１７）
【０１６９】
次いで、特定装置３４は、変換信号ＲＪ１（Ｘ，Ｙ）の座標原点が領域ＰＦＳ２の中心点（ＸＰＰ２，ＹＰＰ２）となるように平行移動変換Ｔを行った変換信号ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）を、次の（１８）式により算出する。
【０１７０】
ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）＝ＲＪ１（Ｘ−ＸＰＰ２，Ｙ−ＹＰＰ２） …（１８）
【０１７１】
この結果、変換信号ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）の定義域は、画像信号Ｊ２（Ｘ，Ｙ）の定義域と一致することになる。
【０１７２】
特定装置３４は、以上のようにして求めた変換信号ＴＪ１（Ｘ，Ｙ）と画像信号Ｊ２（ＸＰ，ＹＰ）との正規化相関係数ＮＣＦ１，２（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を、領域ＰＦＳ１，ＰＦＳ２間における画像信号Ｊ１（Ｘ，Ｙ），Ｊ２（Ｘ，Ｙ）相互の回転対称度として算出する。引き続き、特定装置３４は、他の全ての領域対（ｐ，ｑ）について、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。
【０１７３】
次に、特定装置３４は、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を使用して、総合的な回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を、次の（１９）式により算出する。
【０１７４】
次いで、ステップ１９３において、領域ＰＦＳｔが走査終了位置となったか否かが判定される。この段階では、初期位置についてのみ領域間一致度を算出したのみなので、ステップ１９３の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１９４に移行する。
【０１７６】
ステップ１９４では、特定装置３４が、所望の位置分解能に応じたピッチでパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を更新する。引き続き、特定装置３４は、更新されたパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）に応じた位置に領域ＰＦＳｔを移動させる。そして、上記の初期位置の場合と同様にして、ステップ１９２を実行して総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。
【０１７７】
以下、ステップ１９３において肯定的な判定がなされるまで、上記と同様にして、ステップ１９４においてパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を更新するたびに、ステップ１９２を実行して総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。
【０１７８】
領域ＰＦＳｎが終了位置に到達し、ステップ１９３において肯定的な判定がなされると、処理はステップ１９５に移行する。
【０１７９】
ステップ１９５では、全ての最終マーク候補について、総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が算出されたか否かが判定される。ここでは、最初の最終マーク候補についてのみ総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が算出されただけなので、否定的な判定がなされ、処理がステップ１９６に移行する。
【０１８０】
ステップ１９６では、次の最終マーク候補（例えば、パターンＮＰ２）の推定位置に基づき、その推定精度を考慮して、次の最終マーク候補の存在範囲を求める。そして、特定装置３４は、領域ＰＦＳｔの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＳｔを次の最終マーク候補に関する初期位置に設定する。
【０１８１】
以下、全ての最終マーク候補について総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が算出され、ステップ１９５において肯定的な判定がされるまで、ステップ１９２〜ステップ１９６が繰り返される。そして、ステップ１９５において肯定的な判定がされると、サブルーチン１６３の処理が終了し、処理が、図１４のステップ１６４に移行する。
【０１８２】
ステップ１６４では、特定装置３４が、最終マーク候補それぞれの総合回転対称度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）同士を比較し、最も総合回転対称度が高い位置が存在したものをＹマークＳＹＭ’として特定する。特定装置３４は、こうして特定されたＹマークＳＹＭ’の観察座標系における２次元位置を、特定結果格納領域４３に格納する。
【０１８３】
こうしてマークの検出が終了すると、サブルーチン１５１の処理が終了する。そして、図１３のステップ１５２に処理が移行する。
【０１８４】
ステップ１５２では、マーク位置算出装置３５が、上述したウエハ干渉計１８規準で定義されるステージ座標系におけるＹマークＳＹＭ’の位置を算出する。かかるＹマークＳＹＭ’の位置の算出にあたり、マーク位置算出装置３５は、特定結果格納領域４３から観察座標系におけるＹマークＳＹＭ’の２次元位置情報を読み出すとともに、ウエハ干渉計１８からのウエハステージＷＳＴの位置情報（ひいてはウエハＷの位置情報）ＷＰＶを取り込む。そして、マーク位置算出装置３５は、観察座標系におけるＹマークＳＹＭ’の２次元位置情報と、ウエハ干渉計１８からのウエハＷの位置情報ＷＰＶとに基づいて、ステージ座標系におけるＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹを算出する。マーク位置算出装置３５は、こうして求められたＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹをマーク位置情報格納領域４４に格納する。
【０１８５】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、マーク候補が存在しなかったり、マーク候補からＹマークＳＹＭを特定できないために、撮像結果からＹマークＳＹＭを検出できなかったときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＮとしている。一方、ＹマークＳＹＭを検出できたときには、マーク位置算出装置３５がマーク位置検出不可フラグをＯＦＦとしている。
【０１８６】
こうして、ＹマークＳＹＭの位置ＹＹの検出が終了すると、サブルーチン１０６は処理を終了する。そして、図３のステップ１０７に処理が移行する。
【０１８７】
以上のようにして、サブルーチン１０６が終了すると、以後、図６に示される第１の実施形態における処理と、サブルーチン１１２において上記のサブルーチン１０６と同様の処理をすることを除いて、同様の処理を行いつつ、ウエハ・ローテーションθｓを算出し、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ＳＸ，ＳＹ、直交度ＯＲＴ、Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯＸ、ＯＹの６つのパラメータを算出して、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。
【０１８８】
その後、第１の実施形態と同様にして、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ＷＳＴ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。
【０１８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、１次元形状及び２次元形状の双方で特徴を有するマークの検出にあたり、まず、計算量が少なくて済む１次元形状特徴を利用してマーク候補を抽出し、その後に、検出精度の高い２次元形状特徴を利用して、マーク候補の中から２次元マークＳＹＭ’，ＳθＭ’を特定している。したがって、迅速かつ精度良くマークＳＹＭ’，ＳθＭ’を検出することができる。
【０１９０】
また、本実施形態では、迅速かつ精度良く検出されたマークの位置情報を検出し、その位置情報を利用してウエハＷの位置制御を行いつつウエハＷを露光し、レチクルに形成したパターンをウエハＷに転写している。したがって、迅速かつ精度良く、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。
【０１９１】
なお、上記の第２の実施形態では、マーク候補の抽出にあたって、テンプレートマッチングを行ったが、第１の実施形態におけるマーク候補抽出に用いた１次元信号波形ＪＸ（Ｘ），ＪＹ（Ｙ）におけるピークの自己鏡映対称性を使用することも可能である。また、２つのピーク相互間における鏡映対称性を使用することも可能である。
【０１９２】
また、上記の第２の実施形態では、マーク特定にあたって、それぞれが互いに隣り合う２つの領域ＰＦＳｐ，ＰＦＳｑからなる４つの領域対（ｐ，ｑ）について回転対称度を求め、それらの積を総合的な回転対称度としたが、それぞれが互いに隣り合う２つの領域ＰＦＳｐ，ＰＦＳｑからなる３つの領域対（ｐ，ｑ）について回転対称度を求め、それらの積を総合的な回転対称度とすることも可能である。また、対角関係にある領域対（１，３）及び領域対（２，４）それぞれについて回転対称度を求め、それらの積を総合的な回転対称度とすることも可能である。かかる場合には、１８０°回転対称性を考慮した回転対称度を算出する。
【０１９３】
また、上記の第２の実施形態では、領域ＰＦＳｎ内の画像信号Ｊｎ相互間の回転対称性に注目したが、上述した互いに隣り合う領域間における鏡映対称性に注目して、領域対（ｐ，ｑ）について鏡映対称性を考慮した領域間鏡映対称度を求めることも可能である。
【０１９４】
また、上記の第２の実施形態では、２次元位置検出対象マークとして正方形枠マークを使用したが、他のマークを使用することが可能であるのは勿論である。例えば、ライン・アンド・スペースマークを、２次元位置検出対象マークとして使用することができる。
【０１９５】
また、上記の第２の実施形態では、マーク特定にあたり、４つの領域対について対称度を算出し、それらの積を複数の領域相互間の総合的な対称度としたが、４つの領域対について対称度の和あるいは平均を複数の領域相互間の対称度とすることも可能である。
【０１９６】
また、上記の第２の実施形態では、対称度の算出を、座標変換された一の領域内の画像信号と他の領域内の画像信号との正規化相関係数を算出することによって行ったが、第１の実施形態の場合と同様に、ａ．対称度の算出を、座標変換された一の領域の信号波形と、当該一の領域又は他の領域の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの差の絶対値の総和を算出することにより行うことも可能であり、また、ｂ．領域一致度の算出を、座標変換された一の領域内の信号波形と、当該一の領域又は他の領域内の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの分散値の総和である総分散あるいは当該総分散に基づく標準偏差を、第１の実施形態において説明した方法と同様の方法を使用して算出することによって行うことも可能である。
【０１９７】
なお、上記の第１及び第２の実施形態では、領域間対称度の算出にあたって、個々の領域内信号波形（又は領域内画像信号）間に相似対称性がある場合には、さらに相似対称性を考慮することが可能である。かかる場合には、上述の座標変換に加えて、拡大／縮小変換を行えばよい。
【０１９８】
また、上記の第１及び第２の実施形態では、対称度の解析にあたって対称度が高いことに注目したが、マークの形状と複数の領域の定義の仕方によっては、対称度が低いことに注目することも可能である。
【０１９９】
また、上記の第１及び第２の実施形態では、マークの検出にあたって、マークの全体像が撮像できることを前提としたが、マークが撮像範囲からはみ出る可能性がある場合には、マークが存在する可能性のある範囲にわたって複数の領域の走査を行うことができる。かかる場合には、撮像範囲からはみ出る領域は対称度の計算に使用せず、撮像範囲内にある領域のみ対称度を計算する。このときには、はみ出た領域のかわりに、撮像範囲内において新たに領域を設定してもよいし、領域数が少ないまま総合的な領域間対称度を算出した後、（本来の相関積の数）／（現在の相関積の数）乗してもよい。
【０２００】
また、上記の第１及び第２の実施形態では、領域の走査にあたって、領域間における鏡映対称性の中心とすべき鏡映中心位置すなわち像の鏡映中心位置が既知であることを前提としたが、像の鏡映中心位置が未知である像を対象とする場合には、領域間における鏡映中心位置も移動させながら領域間対称度を算出すればよい。
【０２０１】
また、上記の第１及び第２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。
【０２０２】
また、上記の第１及び第２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。
【０２０３】
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（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造について説明する。
【０２０４】
まず、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、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、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。
【０２０５】
次に、ウエハ処理ステップにおいて、上記のステップで用意され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。
【０２０６】
このウエハ処理ステップは、例えば、半導体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程は、ウエハプロセスの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。
【０２０７】
ウエハプロセスの各段階において、前処理工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおいて上記で説明した露光装置１００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、現像ステップにおいて露光されたウエハが現像され、引き続き、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、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。
【０２０８】
以上のようにして、前処理工程と、レジスト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理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。
【０２０９】
こうしてウエハ処理ステップが終了すると、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおいて処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立てには、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）やパッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。
【０２１０】
最後に、検査ステップにおいて、組立ステップ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。
【０２１１】
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製造される。
【０２１２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のマーク検出方法によれば、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークを検出することができる。
【０２１３】
また、本発明のマーク検出装置によれば、本発明のマーク検出方法を使用してマークを検出するので、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークを検出することができる。
【０２１４】
また、本発明の位置検出方法によれば、本発明のマーク検出方法を使用してマークを検出し、検出したマークの位置情報を求めるので、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークの位置情報を検出することができる。
【０２１５】
また、本発明の位置検出装置によれば、本発明のマーク検出装置によってマークを検出し、検出したマークの位置情報を求めるので、迅速かつ精度良く物体に形成されたマークの位置情報を検出することができる。
【０２１６】
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求めた基板上のマークの位置情報に基づいて、基板の位置制御を行うので、迅速かつ精度良く基板上にパターンを形成することができる。
【０２１７】
また、本発明の露光装置によれば、本発明の位置検出装置によって求めた基板上のマークの位置情報に基づいて、基板の位置制御を行うので、迅速かつ精度良く基板上にパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の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・アライメントの処理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、第１の実施形態におけるサーチ・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）及び図５（Ｂ）は、第１の実施形態におけるサーチ・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４のマーク位置検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図６のマーク検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図６の処理で使用するマーク検出時の領域を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、領域走査中における図８の領域内の信号波形の変化を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）は領域内鏡映対称度の算出結果を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は並進対称度の算出結果を示すグラフである。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、第２の実施形態におけるサーチ・アライメントマークを説明するための図である。
【図１２】第２の実施形態における観察結果の画像の例を示す図である。
【図１３】第２の実施形態におけるマーク位置検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１３のマーク検出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１４の第１次マーク候補抽出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１６（Ａ）は、Ｙ方向領域分割を説明するための図であり、図１６（Ｂ）〜図１６（Ｄ）は、Ｙ方向分割領域の信号波形の例を説明するための図である。
【図１７】図１４の第２次マーク候補抽出サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】図１８（Ａ）は、Ｘ方向領域分割を説明するための図であり、図１８（Ｂ）〜図１８（Ｄ）は、Ｘ方向分割領域の信号波形の例を説明するための図である。
【図１９】図１４のマーク特定サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】図２０（Ａ）は、マーク特定時に使用される領域を説明するための図であり、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）の領域位置がマーク位置に一致したときにおける領域内画像を説明するための図である。
【符号の説明】
３３…抽出装置（マーク検出装置の一部）、３４…特定装置（マーク検出装置の一部）、３５…マーク位置算出装置（位置検出装置の一部）、ＡＳ…アライメント系（観察装置、マーク検出装置の一部）、ＳＹＭ，ＳθＭ，ＳＹＭ’，ＳθＭ’…マーク、Ｗ…ウエハ（基板）、ＷＳＴ…ウエハステージ（ステージ装置）。
Claims (15)
- 物体に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、
前記物体を観察する観察工程と；
前記マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察工程における観察領域内におけるマーク候補を抽出する抽出工程と；
前記第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定する特定工程と；を含むマーク検出方法。 - 前記第１の特徴量は前記マークの第１の形状特徴に応じたものであり、前記第２の特徴量は、前記第１の形状特徴とは異なる前記マークの第２の形状特徴に応じたものであることを特徴とする請求項１に記載のマーク検出方法。
- 前記第１の形状特徴と前記第２の形状特徴とは、同一次元の形状特徴であることを特徴とする請求項２に記載のマーク検出方法。
- 前記マークは、複数の１次元的な形状特徴を有するマークであることを特徴とする請求項３に記載のマーク検出方法。
- 前記第１の形状特徴は、前記第２の形状特徴よりも低い次元の形状特徴であることを特徴とする請求項２に記載のマーク検出方法。
- 前記マークは、少なくとも１つの１次元的な形状特徴と、少なくとも１つの２次元的な形状特徴とを有し、
前記第１の形状特徴は前記少なくとも１つの１次元的な形状特徴から予め選択され、前記第２の形状特徴は前記少なくとも１つの２次元的な形状特徴から予め選択されることを特徴とする請求項５に記載のマーク検出方法。 - 前記第１の特徴量と前記第２の特徴量とは、前記マークの同一の形状特徴について互いに異なる精度で抽出されたものであることを特徴とする請求項１に記載のマーク検出方法。
- 前記第１の特徴量と前記第２の特徴量とは、互いに異なるアルゴリズムに従って算出されることを特徴とする請求項７に記載のマーク検出方法。
- 前記第１の特徴量は前記マークの鏡映対称度であり、前記第２の特徴量は前記マークの並進対称度であることを特徴とする請求項１に記載のマーク検出方法。
- 物体に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、
前記物体を観察する観察装置と；
前記マークに関する第１の特徴量に基づいて、前記観察装置の観察領域内におけるマーク候補を抽出する抽出装置と；
前記第１の特徴量とは異なる前記マークに関する第２の特徴量に基づいて、前記マーク候補中から前記マークを特定するマーク特定装置と；を備えるマーク検出装置。 - 前記第１の特徴量は前記マークの鏡映対称度であり、前記第２の特徴量は前記マークの並進対称度であることを特徴とする請求項１０に記載のマーク検出装置。
- 物体に形成されたマークの位置情報を検出する位置検出方法であって、
前記マークを、請求項１〜９のいずれか一項に記載のマーク検出方法を使用して検出するマーク検出工程と；
前記マーク検出工程において検出された前記マークの位置情報を検出するマーク位置検出工程と；を含む位置検出方法。 - 物体に形成されたマークの位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記マークを検出する請求項１０又は１１に記載のマーク検出装置と；
前記マーク検出装置によって検出された前記マークの位置情報を算出するマーク位置算出装置と；を備える位置検出装置。 - 所定のパターンを基板に形成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１２に記載の位置検出方法によって検出し、前記基板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基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記基板に形成する形成工程と；を含む露光方法。 - 所定のパターンを基板に形成する露光装置であって、
前記基板を搭載して移動面に沿って移動するステージと；
前記ステージ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１３に記載の位置検出装置と；を備える露光装置。
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