JP2004356414A - 位置計測方法及び装置、露光方法及び装置、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成された直線状輪郭の撮像結果のみを用いて基板の位置情報を計測できるようにする。
【解決手段】ウエハＷには直線状輪郭として従来から形成されているオリエンテーションフラットＯＦ以外に、表裏判別用のサブオリエンテーションＯＦ１，ＯＦ２が形成されている。プリアライメントにおいてオリエンテーションフラットＯＦ及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１のみの撮像結果が得られた場合には、各々の近似直線Ｌ１１，Ｌ１２を求め、ウエハＷの中心に対するオリエンテーションフラットＯＦ及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１の設計上の距離Ｇ１，Ｇ２だけ近似直線Ｌ１１，Ｌ１２の各々をウエハＷの中心に向けて移動させ、その交点Ｃ２をウエハＷの中心と推定する。
【選択図】 図１２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置計測方法及び装置、露光方法及び装置、並びにプログラムに係り、特に基板等の物体の位置情報を計測する位置計測方法及び装置、当該位置計測方法を用いる露光方法及び当該位置計測装置を備える露光装置、並びに当該露光装置の制御用コンピュータに基板等の物体の位置情報を計測させるプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイス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、これらを総称する場合には「マスク」という）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の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写する露光装置が用いられている。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。この高精度な位置合わせを行うためには、高い精度でウエハの位置を計測する必要があり、このために種々の位置計測技術が提案されている。
【０００３】
上述した露光装置においては、レチクルとマスクとの高い重ね合わせ精度を確保するために、エンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）といわれるアライメント方法が用いられている。このＥＧＡは、ウエハの移動を規定する基準座標系（ウエハステージの移動座標系）上におけるウエハ上の各ショット領域の配列座標位置を、該ウエハをウエハステージにのせた状態で高精度に計測し、この計測結果に基づいて位置合わせ（詳細（ファイン）アライメント）を行うものである。具体的には、ウエハ内の数箇所のファインアライメントマーク（回路パターンとともに転写された詳細位置合わせマーク）を計測し、この計測結果に対して最小二乗近似等の処理を施して各ショット領域の配列座標を求める。そして、露光時においては、得られた配列座標に応じてウエハステージをステッピング移動させ、ウエハステージの精度に任せてウエハステージの位置合わせを行う。
【０００４】
上記のＥＧＡのためには、ウエハ上の所定箇所に形成されたファインアライメントマークを高倍率で観測する必要があるが、高倍率で観測を行うときには必然的に観測視野が狭くなる。ところが、もしウエハをウエハステージにロードする際に、ウエハがウエハステージに対して大きくずれた状態でロードされると、ウエハ上のファインアライメントマークが観測視野内に入らないという問題がある。そこで、狭い観測視野で確実にファインアライメントマークを捉えるために（ウエハをウエハステージ上の所望の位置（向き）にロードするために）、ファインアライメントに先立ってウエハの外縁（エッジ）の位置を観察し、この観察結果に基づいてウエハの基準位置（例えば、中心位置）及びウエハの中心軸回りの回転量を計測し、この計測結果に基づいて所定の精度でウエハを位置合わせしながらウエハステージ上へロードするためのプリアライメントが行われる。
【０００５】
ウエハの外縁の一部にはＶ字形状切り欠き（ノッチ）又は直線的な切り欠き（オリエンテーションフラット）が形成されており、プリアライメントではこれらを観察してウエハの基準位置及び回転量を計測している。なお、このプリアライメントは、露光装置のみならず、ウエハに形成されたパターンの重ね合わせ精度を検査する検査装置、ウエハに形成されたパターンの線幅を検査する検査装置、ウエハに形成されたパターンのマクロ的（巨視的）な欠陥を検査する検査装置、その他の検査装置において、検査対象のウエハを所定の精度で位置合わせするために用いられる。従来のプリアライメント方法の詳細は、例えば以下の特許文献１，２を参照されたい。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開第０２／０６１３６７号パンフレット
【０００７】
【特許文献２】
国際公開第０２／０３３３５２号パンフレット
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のデバイスの製造においては、主として高集積化又は高機能化のために、ウエハの表面のみならずウエハの裏面に対しても露光処理（パターンの転写処理）が行われるようになってきた。上述した従来技術では、ウエハの表面に対するパターン転写のみを想定していたため、プリアライメントにおいては上述したノッチ又はオリエンテーションフラットを用いてウエハの基準位置及び回転量を計測するだけで充分であった。なお、ウエハにオリエンテーションフラットが形成されている場合には、オリエンテーションフラットの異なる二箇所の撮像結果と、オリエンテーションフラット以外の曲線状輪郭の一部の撮像結果とを用いて上記の基準位置及び回転量が計測されている。
【０００９】
ウエハの表面及び裏面にパターンの転写が行われる状況においては、ウエハの表裏判別を行うために、従来から形成されているオリエンテーションフラットの形成箇所以外の１箇所又は２箇所に他のオリエンテーションフラット（サブオリエンテーションフラット）が形成されたウエハが用いられる。このようなウエハを用いてプリアライメントを行う場合に、ウエハが表面を上側にして配置されているときにはオリエンテーションフラットを所定の位置に配置すれば曲線状輪郭の一部も撮像されることになるため従来の方法を用いてウエハの位置情報等を計測することができる。
【００１０】
しかしながら、ウエハが裏面を上側にして配置されているときには、曲線状輪郭が撮像されるべき位置にサブオリエンテーションフラットが配置されて撮像されることがあり、オリエンテーションフラットとサブオリエンテーションフラットのみが撮像されて曲線状輪郭の撮像結果が得られない場合がある。かかる場合には、ウエハの位置情報等を計測することができないという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、基板に形成された直線状輪郭の撮像結果のみを用いて基板の位置情報を計測できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭（ＯＦ、ＯＦ１）と曲線状輪郭（ＣＥ）とを有する物体（Ｗ）の位置情報を計測する位置計測方法であって、前記第１及び第２直線状輪郭の一部をそれぞれ撮像する撮像工程（Ｓ３）と、前記撮像工程の撮像結果に基づいて、前記第１直線状輪郭に対する第１近似直線（Ｌ１１）を求める第１直線近似工程（Ｓ２３）と、前記撮像工程の撮像結果に基づいて、前記第２直線状輪郭に対する第２近似直線（Ｌ１２）を求める第２直線近似工程（Ｓ２４）と、前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定工程（Ｓ２５、Ｓ２６）とを含む位置計測方法が提供される。
【００１４】
この発明によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭についてそれぞれ近似直線を求め、これらの近似直線を用いて物体の基準位置を推定するようにしているため、物体に形成された直線状輪郭の撮像結果のみが得られる状況においても物体の位置情報を計測することができる。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭（ＯＦ、ＯＦ１）と曲線状輪郭（ＣＥ）とを有する物体（Ｗ）の位置情報を計測する位置計測方法であって、前記物体の輪郭の一部を、予め設定された所定の位置関係を有する少なくとも２箇所において撮像する撮像工程（Ｓ３）と、前記２箇所において撮像した前記輪郭の一部の各々が直線状輪郭であるのか又は前記曲線状輪郭であるのかを判定する判定工程（Ｓ２１）と、前記判定工程において、前記輪郭の一部の両方が前記直線状輪郭であると判定された場合に、撮像した前記輪郭の一部の一方を前記第１直線状輪郭とし、他方を前記第２直線状輪郭として、前記第１及び第２直線状輪郭に対する第１及び第２近似直線（Ｌ１１、Ｌ１２）をそれぞれ求める直線近似工程（Ｓ２３、Ｓ２４）と、前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定工程（Ｓ２５、Ｓ２６）とを含む位置計測方法が提供される。
【００１６】
この発明によると、物体の輪郭の一部を少なくとも２箇所において撮像し、撮像した箇所が物体の直線状輪郭であるのか又は曲線状輪郭であるのかを判定し、両方が直線状輪郭であると判定した場合に、撮像した輪郭の一部のそれぞれを第１及び第２直線状輪郭として各々の近似直線を求め、これらの近似直線を用いて物体の基準位置を推定するようにしている。このため、曲線状輪郭の撮像結果が得られる場合、及び直線状輪郭のみの撮像結果が得られる場合の何れの場合においても物体の位置情報を計測することができる。
【００１７】
ここで、上記第１及び第２の観点に係る位置計測方法において、前記推定工程は、前記基準位置に対する前記第１直線状輪郭の設計上の距離である第１距離だけ前記第１近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第１移動工程と、前記基準位置に対する前記第２直線状輪郭の設計上の距離である第２距離だけ前記第２近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第２移動工程と、前記第１移動工程で平行移動させた前記第１近似直線と前記第２移動工程で平行移動させた前記第２近似直線との交点を算出し、前記基準位置を示す基準位置情報とする基準位置情報算出工程（Ｓ２５）とを含むことが好適である。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の第３の観点によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭（ＯＦ、ＯＦ１）と曲線状輪郭（ＣＥ）とを有する物体（Ｗ）の位置情報を計測する位置計測装置であって、前記第１及び第２直線状輪郭の一部をそれぞれ撮像する撮像装置（ＲＡＳ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）と、前記撮像装置の撮像結果に基づいて前記第１直線状輪郭に対する第１近似直線（Ｌ１１）及び前記第２直線状輪郭に対する第２近似直線（Ｌ１２）を求める直線近似部（３４）、並びに前記直線近似部で求められた前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定部（３７）を有する制御装置とを備えた位置計測装置が提供される。
【００１９】
この発明によると、上記第１の観点に係る位置計測方法と同様に、物体に形成された直線状輪郭の撮像結果のみが得られる状況においても物体の位置情報を計測することができる。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第４の観点によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭（ＯＦ、ＯＦ１）と曲線状輪郭（ＣＥ）とを有する物体（Ｗ）の位置情報を計測する位置計測装置であって、前記物体の輪郭の一部を、予め設定された所定の位置関係を有する少なくとも２箇所において撮像する撮像装置（ＲＡＳ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）と、前記２箇所において撮像した前記輪郭の一部の各々が直線状輪郭であるのか又は前記曲線状輪郭であるのかを判定する判定部（３５）、前記判定部において前記輪郭の一部の両方が前記直線状輪郭であると判定された場合に、撮像した前記輪郭の一部の一方を前記第１直線状輪郭とし、他方を前記第２直線状輪郭として、前記第１及び第２直線状輪郭に対する第１及び第２近似直線（Ｌ１１、Ｌ１２）をそれぞれ求める直線近似部（３４）、並びに前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定部（３７）を有する制御装置とを備えた位置計測装置が提供される。
【００２１】
この発明によると、上記第２の観点に係る位置計測方法と同様に、曲線状輪郭の撮像結果が得られる場合、及び直線状輪郭のみの撮像結果が得られる場合の何れの場合においても物体の位置情報を計測することができる。
【００２２】
ここで、上記第１及び第２の観点による位置計測装置において、前記推定部は、前記基準位置に対する前記第１直線状輪郭の設計上の距離である第１距離だけ前記第１近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第１移動部と、前記基準位置に対する前記第２直線状輪郭の設計上の距離である第２距離だけ前記第２近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第２移動部と、前記第１移動部で平行移動させた前記第１近似直線と前記第２移動部で平行移動させた前記第２近似直線との交点を算出し、前記基準位置を示す基準位置情報とする基準位置情報算出部とを備えることが好適である。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の第５の観点によると、基板（Ｗ）に所定のパターンを転写する露光方法であって、上記第１又は第２の観点に係る位置計測方法によって前記物体としての前記基板の基準位置を示す基準位置情報を求める基板計測工程（Ｓ５）と、前記基板計測工程において求められた前記基板の基準位置を示す基準位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板に前記パターンを転写する転写工程（Ｓ６、Ｓ７）とを含む露光方法が提供される。
【００２４】
この発明によると、例えば基板の裏面が上側に配置されて基板に形成された直線状輪郭の撮像結果のみが得られる状況においても基板の位置情報が計測され、計測された基板の位置情報に基づいて基板の位置制御を行いつつ基板上にパターンを転写しているため、基板の表面及び裏面の両面にパターンを効率よく転写することができる。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の第６の観点によると、基板（Ｗ）に所定のパターンを転写する露光装置（１）であって、前記物体としての前記基板の基準位置を示す基準位置情報を求める上記第３又は第４の観点に係る位置計測装置と、前記位置計測装置により計測された前記基板を搭載するステージ（１４）を有するステージ装置（１６）とを備えた露光装置が提供される。
【００２６】
この発明によると、上記第５の観点に係る露光方法と同様に、基板の表面及び裏面の両面にパターンを効率よく転写することができる。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の第７の観点によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭（ＯＦ、ＯＦ１）と曲線状輪郭（ＣＥ）とを有する基板（Ｗ）に所定のパターンを転写する露光装置（１）の制御用コンピュータ（２０）に、前記基板の位置情報を計測させるためのプログラムであって、前記第１及び第２直線状輪郭の一部をそれぞれ撮像した撮像結果を取り込む取込工程（Ｓ３）と、前記取込工程で取り込まれた撮像結果に基づいて、前記第１直線状輪郭に対する第１近似直線（Ｌ１１）を求める第１直線近似工程（Ｓ２３）と、前記撮像工程の撮像結果に基づいて、前記第２直線状輪郭に対する第２近似直線（Ｌ１２）を求める第２直線近似工程（Ｓ２４）と、前記第１及び第２近似直線を用いて前記基板の基準位置を推定する推定工程（Ｓ２５、Ｓ２６）とを前記制御用コンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【００２８】
この発明によると、基板に形成された直線状輪郭の撮像結果のみが得られる状況においても制御用コンピュータに対して基板の位置情報を計測させることができる。
【００２９】
上記課題を解決するために、本発明の第８の観点によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭（ＯＦ、ＯＦ１）と曲線状輪郭（ＣＥ）とを有する基板（Ｗ）に所定のパターンを転写する露光装置（１）の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を計測させるためのプログラムであって、前記基板の輪郭の一部を、予め設定された所定の位置関係を有する少なくとも２箇所において撮像した撮像結果を取り込む取込工程（Ｓ３）と、前記２箇所において撮像した前記輪郭の一部の各々が直線状輪郭であるのか又は前記曲線状輪郭であるのかを判定する判定工程（Ｓ４）と、前記判定工程において、前記輪郭の一部の両方が前記直線状輪郭であると判定された場合に、撮像した前記輪郭の一部の一方を前記第１直線状輪郭とし、他方を前記第２直線状輪郭として、前記第１及び第２直線状輪郭に対する第１及び第２近似直線（Ｌ１１、Ｌ１２）をそれぞれ求める直線近似工程（Ｓ２３、Ｓ２４）と、前記第１及び第２近似直線を用いて前記基板の基準位置を推定する推定工程（Ｓ２６）とを前記制御用コンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【００３０】
この発明によると、基板に形成された曲線状輪郭の撮像結果が得られる場合、及び直線状輪郭のみの撮像結果が得られる場合の何れの場合においても制御用コンピュータに対して基板の位置情報を計測させることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る位置計測装置を備える露光装置の全体構成の概略を示す図である。図１に示す露光装置は、図１中の投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷに逐次転写して半導体素子を製造するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。
【００３２】
なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ直交座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態ではレチクルＲ及びウエハＷを同期移動させる方向（以下、走査方向という）をＹ方向に設定している。
【００３３】
図１に示す露光装置１は、露光用照明光を射出する照明系１０、マスクとしてのレチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷを保持してＸＹ平面内をＸＹ２次元方向に移動するステージとしての基板テーブル１４を搭載するステージ装置としてのウエハステージ装置１６、ウエハＷの外縁形状を撮像する撮像装置としてのプリアライメント検出系ＲＡＳ、ウエハステージ装置１６上に搭載（ロード）されたウエハＷ上に形成されたマークを観察するアライメント検出系ＡＳ、及びこれらの制御系等を含んで構成される。
【００３４】
上記照明系１０は、光源ユニット、シャッタ、オプティカルインテグレータ、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（いずれも不図示）から構成されている。この照明系１０の構成の詳細については、例えば特開平９−３２０９５６号公報並びに特開平６−３４９７０１号公報及びこれに対応する米国特許第５，５３４，９７０号等に開示されている。なお、本実施形態では、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズを備える場合を例に挙げて説明するが、これに限らずロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、又は回折光学素子等を用いることができる。
【００３５】
ここで、上記光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）若しくはＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光源、又はＦ_２レーザ光源（発振波長１５７ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ光源（発振波長１２６ｎｍ）、銅蒸気レーザ光源やＹＡＧレーザの高調波発生装置、又は超高圧水銀ランプ（ｇ線、ｉ線等）等を用いることができる。
【００３６】
このようにして構成された照明系１０の作用を簡単に説明すると、光源ユニットで発光された照明光は、シャッタが開いているとオプティカルインテグレータに入射する。オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズに照明光が入射すると、その射出側焦点面に多数の光源像からなる面光源、すなわち２次光源が形成される。
【００３７】
オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズから射出された照明光は、ビームスプリッタ及び集光レンズ系を介してレチクルブラインドに至る。レチクルブラインドを通過した照明光は、結像レンズ系を介してミラー１１へ向けて射出される。この後、照明光ＩＬはミラー１１によって光路が鉛直下方（−Ｚ方向）に折り曲げられ、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを照明する。
【００３８】
上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、レチクルＲの位置決めのため、照明系１０の光軸ＩＸ（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な平面内で２次元的に（Ｘ方向及びこれに直交するＹ方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向に）移動可能に構成されている。
【００３９】
また、このレチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベース上をリニアモータ等で構成されたレチクル駆動部（図示省略）により、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で移動可能となっている。このレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面が少なくとも照明系１０の光軸ＩＸを横切ることができるだけの移動ストロークを有している。
【００４０】
レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１３からのレーザビームを反射する移動鏡１２が固定されており、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干渉計１３によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上には走査方向（Ｙ方向）に直交する反射面を有する移動鏡（又は、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラー）と非走査方向（Ｘ方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、レチクル干渉計１３も各移動鏡ごとに１軸分又は複数軸分設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１２、レチクル干渉計１３としてそれぞれ示されている。
【００４１】
レチクル干渉計１３からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（速度情報）ＲＰＶはステージ制御系２１及びこれを介して主制御系２０に送られ、ステージ制御系２１では主制御系２０からの指示に応じてレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００４２】
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（−Ｚ方向）に配置され、その光軸ＡＸ（照明系１０の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ方向とされ、両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／５、１／４、又は１／６）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ＩＡＲ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ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にフォトレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の露光領域ＩＡに投影される。
【００４３】
ウエハステージＷＳＴは、例えば２次元リニアアクチュエータにより、ベースＢＳ上を走査方向であるＹ方向（図１における左右方向）及びＹ方向と直交するＸ方向（図１における紙面直交方向）に駆動されるようになっている。このウエハステージＷＳＴ上には基板テーブル１４が設けられている。また、基板テーブル１４上にはウエハホルダ１５が載置され、このウエハホルダ１５によってウエハＷが真空吸着により保持されている。なお、ウエハステージＷＳＴ、基板テーブル１４、及びウエハホルダ１５でウエハステージ装置１６が構成されている。
【００４４】
基板テーブル１４は、ウエハステージＷＳＴ上にＸＹ方向に位置決めされかつＺ方向の移動及び傾斜が許容された状態で取り付けられている。そして、この基板テーブル１４は、異なる３点の支持点で不図示の３本の軸によって支持されており、これら３本の軸が駆動機構としてのウエハ駆動装置１７によって独立してＺ方向に駆動され、これによって基板テーブル１４上に保持されたウエハＷの面位置（Ｚ方向位置及びＸＹ平面に対する傾斜）が所望の状態に設定されるようになっている。また、ウエハホルダ１５は、Ｚ軸回りの回転が可能になっている。したがって、ウエハホルダ１５は、２次元リニアアクチュエータ及び駆動機構によって６自由度方向に駆動されるが、図１では２次元リニアアクチュエータ及び駆動機構がウエハ駆動装置１７として代表的に示されている。
【００４５】
なお、この基板テーブル１４（ウエハホルダ１５）のほぼ中心位置には、ウエハをウエハローダから受け取る又は受け渡すためのセンターテーブル（不図示）が設けられている。このセンターテーブルは、バキュームによる吸着機構を備えており、ウエハを吸着保持可能となっている。また、センターテーブルは、ウエハを保持した状態で上下動（Ｚ方向への移動）及び回転（Ｚ軸を中心として）動作が可能な構造となっている。ウエハを受け取るときには、センターテーブルは、上昇してウエハを受け取って、その後下降することにより、ウエハホルダ１５（基板テーブル１４）上にウエハを保持せしめるよう動作する。
【００４６】
基板テーブル１４上にはウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１９からのレーザビームを反射する移動鏡１８が固定され、外部に配置されたウエハ干渉計１９により、基板テーブル１４のＸＹ面内での位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、基板テーブル１４上には走査方向であるＹ方向に直交する反射面を有する移動鏡１８Ｙと非走査方向であるＸ方向に直交する反射面を有する移動鏡１８Ｘとが設けられ、ウエハ干渉計１９Ｘ，１９Ｙは移動鏡ごとに１軸分あるいは複数軸分設けられている（図２参照）。しかしながら、図１ではこれらが代表的に移動鏡１８、ウエハ干渉計１９としてそれぞれ示されている。
【００４７】
基板テーブル１４の位置情報（又は速度情報）ＷＰＶはステージ制御系２１及びこれを介して主制御系２０に送られ、ステージ制御系２１では主制御系２０からの指示に応じて位置情報（又は速度情報）ＷＰＶに基づいて、ウエハ駆動装置１７を介してウエハステージＷＳＴを制御する。また、基板テーブル１４上には、後述するオフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳの検出中心から投影光学系ＰＬの光軸ＡＸまでの距離を計測するベースライン計測等のための各種基準マークが形成された不図示の基準部材が固定されている。
【００４８】
上記プリアライメント検出系ＲＡＳは、ベースＢＳ上方の投影光学系ＰＬと離間した位置に、不図示の保持部材によって保持されている。このプリアライメント検出系ＲＡＳは、不図示のウエハローダによって搬送され、ウエハホルダ１５に保持されたウエハＷの外緑部３箇所の位置を検出する３つのプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを備えている。ここで、プリアライメント検出系ＲＡＳの構成について説明する。図２は、プリアライメント検出系ＲＡＳ周辺の構成を概略的に示す平面図である。
【００４９】
まず、図２を参照してウエハＷの外縁形状について説明する。図２に示す通り、ウエハＷは、直線的な切り欠き（直線状輪郭）としてオリエンテーションフラットＯＦ、及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１，ＯＦ２が形成されている。オリエンテーションフラットＯＦは、従来から直線的な切り欠きとしてウエハＷに形成されているオリエンテーションフラットであり、サブオリエンテーションフラットＯＦ１，ＯＦ２は、ウエハＷの表裏判別を行うために新たに形成された直線的な切り欠きである。つまり、本実施形態ではウエハＷの表面と裏面との両面に対して露光処理が行われる。なお、オリエンテーションフラットＯＦ及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１，ＯＦ２の長さは互いに異なる長さに設定されており、オリエンテーションフラットＯＦとサブオリエンテーションフラットＯＦ１とは互いに直交する関係にある。
【００５０】
これらのオリエンテーションフラットＯＦ及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１，ＯＦ２は本発明にいう直線状輪郭に相当し、これら以外のウエハＷの外縁は本発明にいう曲線状輪郭に相当する。なお、以下の説明においては、オリエンテーションフラットＯＦ及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１，ＯＦ２が形成された箇所以外のウエハＷの外縁を「円弧エッジ」といい、オリエンテーションフラットＯＦとサブオリエンテーションフラットＯＦ２とに連続的につながる円弧エッジに符号ＣＥを付して区別する。
【００５１】
また、図２に示す通り、プリアライメントセンサ２２ａ及びプリアライメントセンサ２２ｂは、オリエンテーションフラットＯＦの両端付近を撮像する位置にそれぞれ配置されている。また、プリアライメントセンサ２２ｃは、オリエンテーションフラットＯＦの形成部以外のウエハＷの外縁位置の一部を撮像する位置に配置されている。図２に示す例では、オリエンテーションフラットＯＦ及びサブオリエンテーションフラットＯＦ２がそれぞれＸ軸に平行であり、サブオリエンテーションフラットＯＦ１がＹ軸に平行であって、ウエハＷの中心に対してオリエンテーションフラットＯＦが＋Ｙ方向、サブオリエンテーションフラットＯＦ２が−Ｙ方向、サブオリエンテーションフラットＯＦが＋Ｘ方向にとなるよう配置されているときに、ウエハＷの中心から−Ｘ方向に位置する円弧エッジＣＥの一部を撮像可能な位置に配置されている。なお、３つのプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれの相対的な位置関係は、予め定められた位置関係にある。
【００５２】
これらのプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃとしては、撮像素子と画像処理回路とからなる画像処理方式のセンサが用いられている。以上の構成のプリアライメント検出系ＲＡＳによるウエハＷの外縁の撮像データＤ１は、主制御系２０に供給されている。なお、撮像データＤ１は、プリアライメントセンサ２２ａによる撮像結果データＤＡと、プリアライメントセンサ２２ｂによる撮像結果データＤＢと、プリアライメントセンサ２２ｃによる撮像結果データＤＣとから構成されている。なお、ウエハＷの外緑部を計測する場合には、ウエハＷがウエハホルダ１５（より正確に言えば、ウエハホルダ１５のほぼ中央部に設けられ、ウエハを上下（Ｚ方向）するための不図示のセンターテーブル）に載置された後ではなく、ウエハＷがウエハホルダ１５に載置される前、すなわちウエハローダに保持された状態で行っても良い。このような構成としてウエハをウエハホルダへ搬送する構成の一部として設けられている搬送アーム上にウエハを載置した状態でプリアライメントセンサ２２により計測するようにしても良い。なお、このアームについては、例えば特開２００２−２８０２８８号公報において公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。また、上記のセンターテーブルについても前記公報に開示されている。
【００５３】
図１に戻り、アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置されており、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）を観測する撮像方式のアライメントセンサからなるオフアクシス方式のアラインメント顕微鏡が用いられている。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号公報及び米国特許５，８５９，７０７号等に開示されている。アライメント検出系ＡＳで観測されたウエハＷの像データＤ２は主制御系２０に供給される。
【００５４】
更に、本実施形態の露光装置には、露光領域ＩＡ（前述した照明領域ＩＡＲと光学的に共役なウエハＷ上の領域）内及びその近傍領域にそれぞれ設定される計測点でウエハＷ表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（不図示）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系は、光ファイバ束、集光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射対物レンズからなる照射光学系と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光器からなる受光光学系と（いずれも不図示）から構成されている。この多点フォーカス位置検出系の詳細な構成等については、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。
【００５５】
次に、主制御系２０について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る露光装置が備える主制御系２０の内部構成を示すブロック図である。図３に示す通り、主制御系２０は、主制御装置３０と記憶装置４０とを備えている。主制御装置３０は、制御部３１、撮像データ収集部３２、外縁抽出部３３、直線近似部３４、表裏判別部３５、回転量算出部３６、及び位置情報算出部３７を含んで構成される。制御部３１は、レチクルＲの位置情報（速度情報）ＲＰＶ及びウエハＷの位置情報（速度情報）ＷＰＶに基づいて、ステージ制御系２１にステージ制御データＣＤを供給する等して露光装置１の動作全体を制御する。
【００５６】
撮像データ収集部３２は、プリアライメント検出系ＲＡＳから供給された撮像データＤ１を収集する。外縁抽出部３３は、撮像データ収集部３２によって収集された撮像データに基づきウエハＷの外縁位置を抽出する。直線近似部３４は外縁抽出部３３によって抽出されたウエハＷの外縁位置から、その外縁に沿った近似直線を求める。表裏判別部３５は、直線近似部３４によって求められた近似直線に基づいてウエハＷの表裏判別を行う。回転位置情報算出部としての回転量算出部３６は、オリエンテーションフラットＯＦの撮像結果に基づいてウエハＷの回転量を算出する。位置情報算出部３７は、回転量算出部３６において算出されたウエハＷの回転量とウエハＷの外縁の撮像結果とに基づいて、ウエハＷの基準位置（例えば、中心位置）を算出する。
【００５７】
また、記憶装置４０は、撮像データ格納領域４１、外縁情報格納領域４２、近似直線格納領域４３、回転情報格納領域４４、及び位置情報格納領域４５を備えている。なお、図３においては、データの流れを実線矢印で示しており、制御の流れを点線矢印で示している。以上、主制御系２０の構成について説明したが、主制御系２０が備える各部の動作の詳細については後述する。
【００５８】
なお、図３においては、各ブロックをハードウェア的に構成し、これらを組み合わせて主制御系２０を構成する場合を例に挙げて図示している。しかしながら、ハードウェア的には主制御系２０を計算機システムとして構成し、主制御装置３０を構成する各ブロックの機能を主制御系２０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。
【００５９】
また、主制御装置３０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ブロック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装置３０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、上記の各ブロックの機能を実現するためのプログラムを格納した記録媒体２６を用意するとともに、記録媒体２６からプログラム内容を読み出し可能であり、かつ、記録媒体２６を着脱可能な読取装置２５を主制御系２０に接続し、主制御系２０が読取装置２５に装填された記録媒体２６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、読み出したプログラムを実行するように構成することができる。また、主制御系２０が読取装置２５に装填された記録媒体２６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。
【００６０】
なお、記録媒体２６としては、磁気的に記録するもの（磁気ディスク、磁気テープ等）、電気的に記録するもの（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）、光磁気的に記録するもの（光磁気ディスク等）、電気磁気的に記録するもの（デジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）等）等、光学的に記録するもの（コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ（登録商標））等の種々の記録形態で記録するものを採用することができる。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録した記録媒体を使用したり、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。
【００６１】
次に、露光時の動作について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る露光装置の露光時の動作の概略を示すフローチャートである。まず、不図示のレチクルローダを用いて不図示のレチクルライブラリから転写すべきパターンが形成されたレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、不図示のウエハローダにより、露光すべきウエハＷが基板テーブル１４上の前述したセンターテーブル上にロードされる。この時、センターテーブルはアップした状態（ウエハホルダ１５の上面から突出した状態）にあり、この状態でセンターテーブルは、ウエハをバキュームで吸着保持する。つまり、この時は、ウエハはまだウエハホルダ１５の上方に保持された状態にある（ステップＳ１）。ここで、本実施形態においては、ウエハＷの表面及び裏面の両面に露光処理を行う場合を想定しているため、ウエハＷは表面を上側にしてセンターテーブル上にロードされる場合もあり、裏面を上側にしてセンターテーブル上にロードされる場合もある。
【００６２】
次に、主制御系２０（より詳しくは、制御部３１（図３参照））がステージ制御系２１に制御信号を出力してウエハ駆動装置１７を介してウエハステージＷＳＴを（すなわちセンターテーブルも）駆動し、ウエハＷをプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃによる撮像位置へ移動する（ステップＳ２）。具体的には、ウエハＷに形成されたオリエンテーションフラットＯＦがプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの真下に位置し、円弧エッジＣＥの一部又はサブオリエンテーションフラットＯＦ１がプリアライメントセンサ２２ｃの真下に位置するようにウエハＷを移動する。プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの真下にオリエンテーションフラットＯＦが位置するようにウエハＷを移動させることができるのは、オリエンテーションフラットＯＦ及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１，ＯＦ２の長さが互いに異なる長さに設定されているためである。
【００６３】
ここで、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの真下にオリエンテーションフラットＯＦが位置している状態において、ウエハＷが表面を上側にしてセンターテーブル上にロードされているか、又は裏面を上側にしてセンターテーブル上にロードされているかに応じて、プリアライメントセンサ２２ｃの真下に配置されるウエハＷの外縁部分は変化する。
【００６４】
図５は、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの撮像位置へウエハＷが配置された状態を示す上面図である。図５（ａ）に示す通り、ウエハＷが表面を上側にしてセンターテーブル上にロードされている場合には、円弧エッジＣＥの一部がプリアライメントセンサ２２ｃの真下に位置する。また、図５（ｂ）に示す通り、ウエハＷが裏面を上側にしてセンターテーブル上にロードされている場合には、サブオリエンテーションフラットＯＦ１がプリアライメントセンサ２２ｃの真下に位置する。
【００６５】
このようにしてウエハＷの移動が完了すると、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを用いてウエハＷの外縁近傍を撮像する（ステップＳ３）。図６は、ウエハＷが表面を上側にして配置されているときのプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの撮像結果の一例を示す図である。また、図７は、ウエハＷが裏面を上側にして配置されているときのプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの撮像結果の一例を示す図である。図６，図７において、Ｖａ〜Ｖｃはプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃそれぞれの計測視野を示しており、各々の計測視野Ｖａ〜ＶｃにウエハＷの像が示されている。
【００６６】
図６を参照すると、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの計測視野Ｖａ，ＶｂにはウエハＷに形成されたオリエンテーションフラットＯＦの像が示されており、プリアライメントセンサ２２ｃの視野Ｖｃには、ウエハＷの円弧エッジＣＥの一部の像が示されている。一方、図７を参照すると、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの計測視野Ｖａ，Ｖｂには、図６と同様に、ウエハＷに形成されたオリエンテーションフラットＯＦの像が示されているが、プリアライメントセンサ２２ｃの視野Ｖｃには、サブオリエンテーションフラットＯＦ１の一部の像が示されている。図７に示す通り、ウエハＷが裏面を上側にして配置されている状態においては、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの計測視野Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃには直線状の外縁のみが配置される。
【００６７】
プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって撮像されたウエハＷの撮像データＤ１は、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集部３２（図３参照）が撮像データＤ１を受信し、記憶装置４０に設けられた撮像データ格納領域４１に受信した撮像データＤ１を格納する。プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃによるウエハＷの撮像が終了して撮像データＤ１が得られると、撮像データ格納領域４１に格納されたウエハＷの外縁近傍の撮像データに基づいて、ウエハＷの表裏判別が行われる（ステップＳ４）。
【００６８】
ここで、図５〜図７を参照して説明した通り、ウエハＷに形成されたオリエンテーションフラットＯＦは、ウエハＷが基板テーブル１４上に表面を上側にして配置されているか又は裏面を上側に配置されているかに拘わらず、常にプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの真下に配置される。これに対し、ウエハＷが基板テーブル１４上に表面を上側にして配置されているか又は裏面を上側に配置されているかに応じて、プリアライメントセンサ２２ｃの真下にはサブオリエンテーションフラットＯＦ１又は円弧エッジＣＥが配置される。本実施形態では、プリアライメントセンサ２２ｃの撮像結果を用いてウエハＷの表裏判別を行っている。以下、表裏判別処理について詳細に説明する。
【００６９】
図８は、ウエハＷの表裏判別処理を示すフローチャートである。ウエハＷの表裏判別処理が開始されると、主制御系２０に設けられた制御部３１の制御に従って、外縁抽出部３３が記憶装置４０に設けられた撮像データ格納領域４１に格納された撮像データＤ１からプリアライメントセンサ２２ｃの撮像データを読み出してウエハＷの外縁に沿った複数の外縁点からなる点群を抽出し、それらの位置を求める（ステップＳ１１）。こうして抽出された外縁点をＰｃ_ｋ（Ｘｃ_ｋ，Ｙｃ_ｋ）とする（図６，図７参照）。なお、ｋは１≦ｋ≦ｎ３（ｎ３は２以上の整数である）を満たす整数である。抽出された外縁点Ｐｃ_ｋは記憶装置４０に設けられた外縁情報格納領域４２に格納される。
【００７０】
次に、制御部３１の制御に従って、直線近似部３４が外縁情報格納領域４２に格納された外縁点Ｐｃ_ｋを読み出し、最小二乗法を用いて直線近似を行う（ステップＳ１２）。ここで、求める近似直線の式を変数「ａ」，「ｂ」を用いて以下の（１）式で表す。
【００７１】
【数１】

【００７２】
上記の（１）式にｎ１個の外縁点Ｐｃ_ｋのＸ座標Ｘｃ_ｋ及びＹ座標Ｙｃ_ｋのそれぞれを代入して得られる連立式を行列の形式で表すと以下の（２）式となる。
【００７３】
【数２】

【００７４】
ここで、上記（２）式を以下の（３）式の通り表すと、
【００７５】
【数３】

【００７６】
求める解（上記（３）式における行列ｐ）は最小二乗法により以下の（４）式から求められる。
【００７７】
【数４】

【００７８】
すなわち、上記（４）式を解いて得られる行列の第１行目が上記（１）式中の変数「ａ」であり、第２行目が上記（１）式中の変数「ｂ」である。なお、上記（４）式においてＡ^ｔは行列Ａの転置行列である。
【００７９】
外縁点Ｐｃ_ｋに対する近似直線が得られると、次に制御部３１の制御に従って、表裏判別部３５は以下の（５）式を用いて、ステップＳ１１で抽出した外縁点Ｐｃ_ｋとステップＳ１２で求めた近似直線との距離、すなわち近似直線に対する各外縁点Ｐｃ_ｋの残差ｄを求める。
【００８０】
【数５】

【００８１】
上記（５）式中の変数「ａ」，「ｂ」は、上記（４）式で求められた近似直線を表す変数であり、Ｘｃ_ｋ，Ｙｃ_ｋはそれぞれ外縁点Ｐｃ_ｋのＸ座標及びＹ座標である。なお、ここで求められる近似直線は、外縁点Ｐｃ_ｋの各々から近似直線までの距離の二乗の和を最小にする直交回帰直線である。外縁点Ｐｃ_ｋの全てについての残差ｄを求めると、表裏判別部３５は残差ｄの最大値、又は分散若しくは標準偏差を求める。これにより、外縁点Ｐｃ_ｋと近似直線との位置関係が求められる（ステップＳ１３）。
【００８２】
ここで、円弧エッジから抽出された外縁点と近似直線との位置関係、及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１等の直線状の外縁から抽出された外縁点と近似直線との位置関係について考察する。図９は、円弧エッジ又は直線状の外縁と近似直線との位置関係を例示する図であり、（ａ）は円弧エッジＣＥから抽出された外縁点Ｐｃ_ｋと近似直線Ｌ１との位置関係を例示する図であって、（ｂ）はサブオリエンテーションフラットＯＦ１から抽出された外縁点Ｐｃ_ｋと近似直線Ｌ２との位置関係を例示する図である。
【００８３】
図９に示す通り、プリアライメントセンサ２２ｃが円弧エッジＣＥを撮像した場合、及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１を撮像した場合の何れの場合であっても、近似直線Ｌ１，Ｌ２が得られることが分かる。しかしながら、図９（ａ）を参照すると、近似直線Ｌ１に対する外縁点Ｐｃ_ｋの距離のばらつきが大きいため、残差ｄの最大値又は分散若しくは標準偏差が大きくなることが推定される。これに対し、図９（ｂ）を参照するとサブオリエンテーションフラットＯＦ１と近似直線Ｌ２とはほぼ一致し、近似直線Ｌ２に対する外縁点Ｐｃ_ｋの距離のばらつきは外縁抽出時のサンプリング誤差のみとなるため、残差ｄの最大値又は分散若しくは標準偏差が小さくなることが推定される。
【００８４】
本実施形態では所定の閾値を設定し、残差ｄの最大値又は分散若しくは標準偏差が設定した閾値を越えているか否かを判断して、プリアライメントセンサ２２ｃの真下に配置されたウエハＷの外縁が円弧エッジＣＥであるのか、又はサブオリエンテーションフラットＯＦ１であるのかを判定する（ステップＳ１４）。ここで、残差ｄの最大値を用いて上記の判定を行う場合を例に挙げて説明する。図１０は、撮像した外縁部が円弧エッジＣＥであるか否かの判定を行う際に設定する閾値の一例を説明するための図である。
【００８５】
いま、図１０に示す通り、プリアライメントセンサ２２ｃの視野Ｖｃ内に円弧エッジＣＥの一部が配置されているとする。また、プリアライメントセンサ２２ｃの視野Ｖｃに対してウエハＷの中心Ｃ１が図示の位置にあるとする。更に、図１０中の破線で示した直線Ｌ１は、プリアライメントセンサ２２ｃの撮像結果から求められた近似直線であるとする。プリアライメントセンサ２２ｃの視野Ｖｃ内において円弧エッジＣＥから抽出される外縁点Ｐｃ_ｋが取りうるＸ座標の幅は、Ｅ１−Ｅ２で求められる。上記のＥ１はウエハＷの中心Ｃ１からＸ座標の値が最も小さくなる外縁点Ｐ２までのＸ方向の距離であり、Ｅ２はウエハＷの中心Ｃ１からＸ座標の値が最も大きくなる外縁点Ｐ１，Ｐ３までのＸ方向の距離である。
【００８６】
ここで、図１０中に示した近似直線Ｌ１に対して予想される最大残差ｄ_ｍａｘは、ｄ_ｍａｘ＝（Ｅ１−Ｅ２）／２と推定される。つまり、外縁点Ｐｃ_ｋが取りうるＸ座標の幅の中間位置に近似直線Ｌ１があり、この近似直線Ｌ１に対してウエハＷの中心Ｃ１からＸ座標の値が最も小さくなる外縁点Ｐ２までのＸ方向の距離、又は近似直線Ｌ１に対してウエハＷの中心Ｃ１からＸ座標の値が最も大きくなる外縁点Ｐ１，Ｐ３までのＸ方向の距離が最大残差ｄ_ｍａｘと推定される。
【００８７】
ここで、ウエハＷの半径をＲとし、プリアライメントセンサ２２ｃのＹ方向における計測視野Ｖｃの長さをｖとして、これらを用いて最大残差ｄ_ｍａｘを表すと、以下の（６）式となる。なお、プリアライメントセンサ２２ｃのＹ方向における計測視野Ｖｃの長さは、プリアライメントセンサ２２ｃで撮像された円弧エッジＣＥの弦の長さである。
【００８８】
【数６】

【００８９】
前述した通り、プリアライメントセンサ２２ｃの真下にサブオリエンテーションフラットＯＦ１が配置された場合よりも円弧エッジが配置された場合の方が残差ｄは大きくなり、また上述のように円弧エッジが配置された場合の最大残差ｄ_ｍａｘは上記（６）式で表される。このため、プリアライメントセンサ２２ｃの真下に円弧エッジが配置されているのか又はサブオリエンテーションフラットＯＦ１が配置されているのかを判定するためには、０＜ｄ_ｔｈ＜ｄ_ｍａｘを満たす閾値ｄ_ｔｈ、望ましくは（ｄ_ｍａｘ／２）＜ｄ_ｔｈ＜ｄ_ｍａｘを満足する閾値ｄ_ｔｈを設定すれば良い。
【００９０】
上記（６）式を参照すると最大残差ｄ_ｍａｘは、ウエハＷの半径及び計測視野ＶｃのＹ方向における長さのみを用いて表されており、これらはウエハＷの処理を行うに先だって予め得られている情報である。図３に示す表裏判別部３５は予めこれらの情報を制御部３１から得て閾値ｄ_ｔｈを設定している。表裏判別部３５は、算出した残差ｄの最大値が以上説明した閾値ｄ_ｔｈを越えている場合（残差ｄが閾値ｄ_ｔｈよりも大きい場合）には、プリアライメントセンサ２２ｃの真下には円弧エッジＣＥが配置されていると判断し、逆に残差ｄの最大値が以上説明した閾値ｄ_ｔｈを越えていない場合（残差ｄが閾値ｄ_ｔｈ以下である場合）には、プリアライメントセンサ２２ｃの真下にはサブオリエンテーションフラットＯＦ１が配置されていると判定する。以上、残差ｄの最大値を用いて判定する場合を例に挙げて説明したが、残差ｄの分散若しくは標準偏差又はこれらの両者を用いて判定する場合も同様に閾値を設定して判定を行う。
【００９１】
また、残差ｄの最大値ｄ_ｍａｘのみを用いる場合のみに本発明は限定されるものではない。例えば、残差の大きいものを何点か選別し、それらの合計値が所定の閾値を越えていれば円弧であるという判別手法を用いるようにしても良い。例えば、残差ｄの大きい順にｎ点抽出し、それらの点の各残差（ｄ_ｍａｘ〜ｄ_ｎ）の合計値（ｄ_ｍａｘ＋ｄ_{ｍａｘ−１}＋…＋ｄ_ｎ）と所定の閾値とを比較するようにすれば良い。あるいは、残差ｄの最大値ｄ_ｍａｘを用いるのではなく、ｎ番目（例えば、２番目）に大きい残差（ｄ_{ｍａｘ−１}）を用いて（ｎ番目の残差とｎ番目残差用の閾値とを比較することによって）、円弧かオリエンテーションフラットかを判別するようにしても良い。以上のように、残差ｄの最大値ｄ_ｍａｘのみでの判別ではなく、ｎ番目に大きい残差を用いて判別することによって、例えば、ゴミ等の影響で測定値に「飛び」があった場合に、そのゴミの影響を受けた「飛び値」を最大残差ｄ_ｍａｘと認識して、表裏を誤判別してしまうことを防止することができる。
【００９２】
図５を参照して説明した通り、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの真下にオリエンテーションフラットＯＦが配置されている状態において、プリアライメントセンサ２２ｃの真下に円弧エッジＣＥが配置されているか又はサブオリエンテーションフラットＯＦ１が配置されているかを判定することができれば、センターテーブル上に表面を上側にして又は裏面を上側にしてウエハＷが配置されているかを判別することができる。そこで、この関係を用いて表裏判別部３５は基板テーブル１４上に載置されたウエハＷの表裏判別を行う（ステップＳ１５）。ウエハＷの表裏判別結果は、制御部３１に出力される。以上の処理によりウエハＷの表裏判別が終了し、処理は図４に示したメインルーチンにリターンする。
【００９３】
処理がメインルーチンにリターンすると、ウエハＷの位置情報を算出する処理が行われる（ステップＳ５）。図１１は、ウエハＷの位置情報を算出する処理を示すフローチャートである。ウエハＷの位置情報算出処理が開始されると、まず主制御系２０に設けられた制御部３１が、表裏判別部３５の判別結果に基づいて、基板テーブル１４上のウエハＷが表面を上側にして配置されているのか否かを判断する（ステップＳ２１）。
【００９４】
表面を上側にしてウエハＷが基板テーブル１４上に配置されていると判断された場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、従来から用いられる周知の方法（例えば、前述の特許文献１又は２に記載の方法）を用いてウエハＷの位置情報を算出する（ステップＳ２２）。ここで、ウエハＷが表面を上側にしてセンターテーブル上に載置されていると、ウエハＷはプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃに対して図５（ａ）に示す状態で配置されていることになり、図６に示す撮像データＤ１がプリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各々から得られる。
【００９５】
前述した通り、ウエハＷはオリエンテーションフラットＯＦが形成された従来から用いられているものに、サブオリエンテーションフラットＯＦ１，ＯＦ２を新たに形成したものであり、オリエンテーションフラットＯＦと円弧エッジＣＥとを観察して得られた計測結果は従来のウエハＷを観察して得られる計測結果と同じものとなる。このため、表面を上側にしてセンターテーブル上に載置されているウエハＷの位置情報を算出する場合には、従来から用いられている方法を用いて位置情報の算出を行う。
【００９６】
従来から用いられている位置情報の算出方法を簡単に説明すると以下の通りである。まず、図３に示した制御部３１の制御の下で、外縁抽出部３３が撮像データ格納領域４１に格納されている撮像データＤ１を読み出してウエハＷの外縁に沿った複数の外縁点からなる点群を抽出し、それらの位置を求める。ここで、抽出する点群は、図６に示した外縁点Ｐａ_ｉ、外縁点Ｐｂ_ｊ、及び外縁点Ｐｃ_ｋである。なお、ｉは１≦ｉ≦ｎ１を満たす整数であり、ｊは１≦ｊ≦ｎ２を満たす整数である。尚、ｎ１，ｎ２は２以上の整数である。抽出された外縁点の全ては外縁情報格納領域４２に格納される。
【００９７】
次に、制御部３１の制御の下で、直線近似部３４が外縁情報格納領域４２から外縁点Ｐａ_ｉ及び外縁点Ｐｂ_ｊを読み出し、各々について最小二乗法を用いて直線近似を行い、求めた近似直線を表す情報を近似直線格納領域４３に格納する。そして、制御部３１の制御の下で回転量算出部３６が近似直線格納領域４３に格納された近似直線を読み出し、Ｘ軸に対するウエハＷの回転量を算出し、算出した回転量を回転情報格納領域４４に格納する。
【００９８】
以上の処理が終了すると、制御部３１の制御の下で位置情報算出部３７が、外縁情報格納領域４２から外縁点Ｐｃ_ｋを読み出すとともに、回転情報格納領域４４から回転量を読み出して、ウエハＷの中心位置（基準位置）を算出する。なお、ウエハＷの中心位置の算出にあたっては、ウエハＷの回転量に代えて、外縁点Ｐａ_ｉ及び外縁点Ｐｂ_ｊを用いてもよく、更にはオリエンテーションフラットＯＦの近似直線を用いても良い。また、ウエハＷの中心位置を算出する際には、外縁点Ｐｃ_ｋの少なくとも１つを用いれば良く、必ずしも全てを用いなくても良い。
【００９９】
このようにして算出されたウエハＷの中心位置は位置情報格納領域４５に格納される。以上の処理により、ウエハＷが表面を上側にしてセンターテーブル上に載置されている場合のウエハＷの位置情報を算出する処理が終了し、処理は図４に示したメインルーチンにリターンする。
【０１００】
一方、ステップＳ２１において、裏面を上側にしてウエハＷがセンターテーブル上に配置されていると判断された場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、処理がステップＳ２３へ進む。ここで、ウエハＷが裏面を上側にしてセンターテーブル上に配置されている場合には、図７に示した通り、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの全てにおいて直線状の外縁が観察された状態となり、上述した従来の方法を用いてはウエハＷの中心位置を求めることができない。そこで、本実施形態では以下の方法を用いてウエハＷの中心位置を算出している。
【０１０１】
まず、ステップＳ２３では、オリエンテーションフラットＯＦを直線近似する処理が行われる。この処理では、図３に示す制御部３１の制御の下で、外縁抽出部３３が撮像データ格納領域４１に格納されている撮像データＤ１を読み出してウエハＷの外縁に沿った複数の外縁点からなる点群を抽出し、それらの位置を求める。ここで、抽出する点群は、図７に示した外縁点Ｐａ_ｉ及び外縁点Ｐｂ_ｊである。抽出された外縁点の全ては外縁情報格納領域４２に格納される。なお、以下の説明において、外縁点Ｐａ_ｉ（Ｘａ_ｉ，Ｙａ_ｉ）及び外縁点Ｐｂ_ｊ（Ｘｂ_ｊ，Ｙｂ_ｊ）の全てを表す場合には、外縁点Ｐｄ_ｍ（Ｘｄ_ｍ，Ｙｄ_ｍ）と記すものとする。なお、ｍは１＜ｍ≦（ｎ１＋ｎ２）を満たす整数である。
【０１０２】
次に、制御部３１の制御に従って、直線近似部３４が外縁情報格納領域４２に格納された外縁点Ｐｄ_ｍを読み出し、最小二乗法を用いて直線近似を行う。求めた近似直線を表す情報は近似直線格納領域４３に格納される。
【０１０３】
以上の処理が終了すると、サブオリエンテーションフラットＯＦ１を直線近似する処理が行われる（ステップＳ２４）。この処理では、図３に示す制御部３１の制御の下で、外縁抽出部３３が撮像データ格納領域４１に格納されている撮像データＤ１を読み出してウエハＷの外縁に沿った複数の外縁点からなる点群を抽出し、それらの位置を求める。ここで、抽出する点群は、図７に示した外縁点Ｐｃ_ｋである。抽出された外縁点の全ては外縁情報格納領域４２に格納される。次に、制御部３１の制御に従って、直線近似部３４が外縁情報格納領域４２に格納された外縁点Ｐｃ_ｋを読み出し、最小二乗法を用いて直線近似を行う。求めた近似直線を表す情報は近似直線格納領域４３に格納される。
【０１０４】
ここで、ステップＳ２３で求められるオリエンテーションフラットＯＦの近似直線（直交回帰直線）の式を変数「ａ_１」，「ｂ_１」を用いて以下の（７）式で表し、ステップＳ２４で求められるサブオリエンテーションフラットＯＦ１の近似直線（直交回帰直線）の式を変数「ａ_２」，「ｂ_２」を用いて以下の（８）式で表す。
【０１０５】
【数７】

【０１０６】
【数８】

【０１０７】
上記の（７）式に（ｎ１＋ｎ２）個の外縁点Ｐｄ_ｍのＸ座標Ｘｄ_ｍ及びＹ座標Ｙｄ_ｍのそれぞれを代入して得られる連立式を行列の形式で表すと以下の（９）式となる。
【０１０８】
【数９】

【０１０９】
同様に、上記の（８）式にｎ３個の外縁点Ｐｃ_ｋのＸ座標Ｘｃ_ｋ及びＹ座標Ｙｃ_ｋのそれぞれを代入して得られる連立式を行列の形式で表すと以下の（１０）式となる。
【０１１０】
【数１０】

【０１１１】
ここで、上記（９）式を以下の（１１）式の通り表し、上記（１０）式を以下の（１２）式の通り表す。
【０１１２】
【数１１】

【０１１３】
【数１２】

求める解（上記（１１）式における行列ｐ_１及び上記（１２）式における行列ｐ_２）は最小二乗法により以下の（１３）式及び（１４）式からそれぞれ求められる。
【０１１４】
【数１３】

【０１１５】
【数１４】

【０１１６】
すなわち、上記（１３）式を解いて得られる行列の第１行目が上記（７）式中の変数「ａ_１」であり、第２行目が上記（７）式中の変数「ｂ_１」である。また、上記（１４）式を解いて得られる行列の第１行目が上記（８）式中の変数「ａ_２」であり、第２行目が上記（８）式中の変数「ｂ_２」である。なお、上記（１３）式においてＡ_１ ^ｔは行列Ａ_１の転置行列であり、上記（１４）式においてＡ_２ ^ｔは行列Ａ_２の転置行列である。
【０１１７】
以上の処理により、オリエンテーションフラットＯＦの近似直線Ｌ１１及びサブオリエンテーションフラットの近似直線Ｌ１２が求まり、これら近似直線Ｌ１１，Ｌ１２を表す情報が近似直線格納領域４３に格納される。
【０１１８】
次に、これらの近似直線Ｌ１１，Ｌ１２を用いてウエハＷの中心位置（基準位置）を求める処理が行われる。図１２は、オリエンテーションフラットＯＦの近似直線Ｌ１１とサブオリエンテーションＯＦ１の近似直線Ｌ１２とを用いてウエハＷの中心位置を求める処理を説明するための図である。図１２において、Ｇ１はウエハＷの中心位置に対するオリエンテーションフラットＯＦの距離を示しており、Ｇ２はウエハＷの中心位置に対するサブオリエンテーションフラットＯＦ１の距離を示している。これら距離Ｇ１，Ｇ２は予め設計値から求められている。
【０１１９】
このため、本実施形態では、図１２に示す通り、ステップＳ２３で得られた近似直線Ｌ１１をウエハＷの中心方向に向けて距離Ｇ１だけ平行移動するとともに、ステップＳ２４で得られた近似直線Ｌ１２をウエハＷの中心方向に向けて距離Ｇ２だけ平行移動する。そして、平行移動させた近似直線（以下、移動後直線という）の交点Ｃ２を算出し（ステップＳ２５）、この交点Ｃ２をウエハＷの中心位置として推定して（ステップＳ２６）、ウエハＷの中心位置を求めている。なお、図１２においては、ウエハＷの回転量を誇張して図示している。
【０１２０】
上記ステップＳ２５においては、図３に示した制御部３１の制御の下で、回転量算出部３６が近似直線格納領域４３に格納された近似直線Ｌ１１に関する情報を読み出し、所定の基準としてのＸ軸に対する近似直線Ｌ１１の傾きθ（ウエハＷの回転量）を算出し、算出した傾きθを回転情報格納領域４４に格納する。次に、制御部３１の制御の下で、位置情報算出部３７が近似直線格納領域４３に格納された近似直線Ｌ１１，Ｌ１２に関する情報を読み出すとともに、回転情報格納領域４４から近似直線Ｌ１１の傾きθを読み出し、これらを用いてウエハＷの中心位置と推定される交点Ｃ２を算出する。
【０１２１】
オリエンテーションフラットＯＦの近似直線Ｌ１１は前述した（７）式で表されており、サブオリエンテーションフラットＯＦ１の近似直線Ｌ１２は前述した（８）式で表されている。近似直線Ｌ１１をウエハＷの中心に向けて距離Ｇ１だけ平行移動させた移動後直線は以下の（１５）式で表され、近似直線Ｌ１２をウエハＷの中心に向けて距離Ｇ２だけ平行移動させた移動後直線は以下の（１６）式で表される。
【０１２２】
【数１５】

【０１２３】
【数１６】

【０１２４】
上記（１５）式と（１６）式を用いれば交点Ｃ２を算出することができる。
【０１２５】
なお、以上説明した方法においては、近似直線Ｌ１１，Ｌ１２を共にウエハＷの中心に向けて平行移動させて交点Ｃ２を算出したが、近似直線Ｌ１１，Ｌ１２の何れか一方のみをウエハＷの中心に向けて平行移動させるだけでも上記の交点Ｃ２を算出することができる。この方法においては、例えば、近似直線Ｌ１１のみをウエハＷの中心に向けて移動させ、この移動後直線と平行移動を行っていない近似直線Ｌ１２との交点Ｃ３（図１２参照）を求めてから交点Ｃ２を算出する。
【０１２６】
近似直線Ｌ１１をウエハＷの中心に向けて平行移動させた移動後直線は上記（１５）式で表される。この移動後直線を平行移動を行っていない近似直線Ｌ１２（（８）式の近似直線）に代入して求められる交点Ｃ３の座標（Ｘ_３，Ｙ_３）は、以下の（１７）式で表される。
【０１２７】
【数１７】

【０１２８】
上記（１７）式で表される交点Ｃ３の座標（Ｘ_３，Ｙ_３）から求められる交点Ｃ２の座標（Ｘ_２，Ｙ_２）は、以下の（１８）式で表される。
【０１２９】
【数１８】

【０１３０】
以上説明した処理を行って求められた交点Ｃ２の座標座標（Ｘ_２，Ｙ_２）は、位置情報として位置情報格納領域４５に格納される。以上の処理によりウエハＷが裏面を上側にしてセンターテーブル上に載置されている場合のウエハＷの位置情報を算出する処理が終了し、処理は図４に示したメインルーチンにリターンする。
【０１３１】
処理がメインルーチンにリターンすると、上記サブルーチンＳ５で算出されたウエハの回転量を補正するようにセンターテーブルを回転させながら下降させて、ウエハを基板ホルダ１５上に吸着保持させる。なお、サブルーチンＳ５で求めたウエハ中心は、オフセット情報として保持しておき、各ショット領域の位置合わせを行う際のオフセットとして使用される。次に、制御部３１は、上記で求めたウエハＷの形状測定以外の露光準備用計測を行う（ステップＳ６）。すなわち、制御部３１は、基板テーブル１４上に配置された不図示の基準部材を使用したレチクルアライメント、及びアライメント検出系ＡＳのベースライン量の測定等の準備作業を行う。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、例えば特開平４−３２４９２３号公報及びこれに対応する米国特許第５，２４３，１９５号に詳細に開示されている。
【０１３２】
また、ウエハＷに対する露光が、第２層目以降の露光であるときには、既にウエハＷ上に形成されている回路パターンと、重ね合わせ精度良く回路パターンを形成するため、上述のウエハＷの位置情報計測結果に基づいて、前述した基準座標系における、ウエハＷ上の回路パターンの配列、すなわちショット領域の配列に関する配列座標位置情報が、アライメント検出系ＡＳを使用して高精度で検出される。
【０１３３】
以上の処理が完了すると、ウエハＷに対する露光が行われる（ステップＳ７）。この露光動作にあたっては、まず、ウエハＷのＸＹ位置がウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット）の露光のための走査開始位置となるように、基板テーブル１４が移動される。この移動は、位置情報格納領域４５から読み出された上述のウエハＷの位置情報計測結果（主にサブルーチンＳ５で求めたウエハ中心位置情報（オフセット情報））、及びウエハ干渉計１９からの位置情報（速度情報）等（第２層目以降の露光の場合には、基準座標系上での配列座標位置情報の検出結果及びウエハ干渉計１９からの位置情報（速度情報）及び上記オフセット情報等）に基づき、主制御系２０によりステージ制御系２１及びウエハ駆動装置１７等を介して行われる。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。この移動は、主制御系２０によりステージ制御系２１及び不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。
【０１３４】
次に、ステージ制御系２１が、主制御系２０からの制御命令に応じて、多点フォーカス位置検出系によって検出されたウエハＷのＺ位置情報、レチクル干渉計１３によって計測されたレチクルＲのＸＹ位置情報、ウエハ干渉計１９によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及びウエハ駆動装置１７を介して、ウエハＷの面位置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移動させて走査露光を行う。
【０１３５】
こうして、最初のショット領域の露光が終了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位置となるように、基板テーブル１４が移動されるとともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そして、このショット領域に関する走査露光が上述の最初のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にして各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完了する。ウエハＷの露光が完了すると、ウエハステージＷＳＴがアンロード位置に移動された後、不図示のウエハアンローダにより、ウエハＷが基板テーブル１４からアンロードされる（ステップＳ８）。こうして、ウエハ１枚についての露光処理が終了する。
【０１３６】
なお、以上の露光処理が第１層目の走査露光である場合は、前述の位置計測結果に基づいて、ウエハＷ上におけるショット領域の位置が補正され、結果としてショット領域の配列座標系は設計上の座標系に対する座標原点のシフト量や回転量がほぼ零となるが、ウエハＷの中心位置のずれ量（シフト量）及び回転量が小さいときは、その位置情報計測結果に基づくショット位置の補正は行わなくともよい。また、上記露光処理が第２層目以降の走査露光である場合は、走査露光に先立ってファインアライメントが行われるので、走査露光におけるレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの同期移動で前述の位置情報計測結果を用いる必要はなく、ファインアライメント時におけるウエハステージＷＳＴの移動のみでその位置情報計測結果が用いられることになる。
【０１３７】
さらに、第１層目ではその走査露光、第２層目ではファインアライメントに先立ち、前述の位置情報計測結果に基づいて、例えばウエハＷ又はウエハホルダ１５を回転させるようにしてもよい。この場合は、第１層目の走査露光や第２層目以降のファインアライメントにおいて、前述の位置情報計測結果すなわち回転量を用いる必要がなくなる。このとき、ウエハＷの回転量の代わりに、又はそれに加えて、前述の位置計測により得られたウエハＷの中心位置を示す情報に基づいてウエハホルダ１５上におけるウエハＷの位置を微調整することにより、以降の動作で中心位置を示す情報を用いる必要がなくなる。
【０１３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、プリアライメントセンサ２２ｃの撮像結果に基づいて、プリアライメントセンサ２２ｃの真下に円弧エッジＣＥが位置しているのか、又はサブオリエンテーションフラットＯＦ１が位置しているのかを判定し、この判定結果に基づいてウエハＷの表裏判断を行っているため、高速且つ正確にウエハＷの表裏判別を行うことができる。この結果、例えばウエハＷの表面に転写すべきパターンがウエハＷの裏面に転写されるといった事態を防止することができ、高い歩留まりでデバイスを製造することができる。
【０１３９】
また、オリエンテーションフラットＯＦの近似直線及びサブオリエンテーションフラットＯＦ１の近似直線を求め、これらをウエハＷの中心に向かって平行移動し、移動後直線の交点をウエハＷの中心と推定しているため、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂの真下にオリエンテーションフラットＯＦが位置し、プリアライメントセンサ２２ｃの真下にサブオリエンテーションフラットＯＦ１が位置する場合のように、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの全てが直線状の外縁を観察するような状況においてもウエハＷの位置情報を求めることができる。
【０１４０】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【０１４１】
例えば、上記実施形態では、図４に示したウエハＷの表裏判別を行うステップＳ４とウエハＷの位置情報を算出するステップＳ５とにおいて、説明の便宜上、個別に外縁に沿った点群を抽出して近似直線を求めていた。しかしながら、ステップＳ３の撮像を行って得られた撮像データＤ１（プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの撮像データ）各々に対して一括して点群抽出処理及び直線近似処理を行って、図３に示す外縁情報格納領域４２及び近似直線格納領域４３に各々の処理結果を格納しておき、必要になったときに必要な情報を読み出すようにすることで、処理の効率化を図ることができる。
【０１４２】
また、上記実施形態においては、プリアライメントセンサ２２ｃの真下に円弧エッジＣＥが配置されているのか又はサブオリエンテーションフラットＯＦ１が配置されているのかを判定し、この判定結果のみに基づいてウエハＷの表裏判別を行っていたが、プリアライメントセンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの全てについて各々の真下に位置しているのが直線状輪郭であるのか曲線状輪郭であるのかを判定し、これらの判定結果に基づいて表裏判定を行うようにしても良い。
【０１４３】
また、上述した実施形態においては、露光装置で用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明は露光装置のみならず、ウエハに形成されたパターンの重ね合わせ精度を検査する検査装置、ウエハに形成されたパターンの線幅を検査する検査装置、ウエハに形成されたパターンのマクロ的（巨視的）な欠陥を検査する検査装置、その他の検査装置にも検査対象のウエハを所定の精度で位置合わせするために用いることができる。
【０１４４】
なお、上述した実施形態では、ウエハ（基板）を検査対象として説明したが、検査対象としては、円弧状の輪郭と直線上の輪郭とをあわせ持つ物体であれば、ウエハに限られるものではない。
【０１４５】
また、上記実施形態においては、本発明をステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー）にも適用することができる。また、上記実施形態では、照明光ＩＬとしてＡｒＦエキシマレーザ等から射出されるレーザ光を用いていたが、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いるようにしてもよい。さらに、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いてもよい。また、投影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光学系のいずれを用いてもよい。
【０１４６】
また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
【０１４７】
さらに、半導体素子の製造に用いられるデバイスパターンをウエハ上に転写する露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられるデバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置等にも本発明を適用することができる。
【０１４８】
ところで、ＥＵＶ光を用いる露光装置では反射型マスクが用いられ、電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられるので、マスクの原版としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１４９】
複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
【０１５０】
半導体素子は、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等によりレチクルのパターンをウエハに露光転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【０１５１】
【発明の効果】
この発明によると、互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭についてそれぞれ近似直線を求め、これらの近似直線を用いて物体の基準位置を推定するようにしているため、物体に形成された直線状輪郭の撮像結果のみが得られる状況においても物体の位置情報を計測することができるという効果がある。
【０１５２】
また、本発明によると、物体の輪郭の一部を少なくとも２箇所において撮像し、撮像した箇所が物体の直線状輪郭であるのか又は曲線状輪郭であるのかを判定し、両方が直線状輪郭であると判定した場合に、撮像した輪郭の一部のそれぞれを第１及び第２直線状輪郭として各々の近似直線を求め、これらの近似直線を用いて物体の基準位置を推定するようにしている。このため、曲線状輪郭の撮像結果が得られる場合、及び直線状輪郭のみの撮像結果が得られる場合の何れの場合においても物体の位置情報を計測することができるという効果がある。
【０１５３】
さらに、本発明によると、例えば物体としての基板の裏面が上側に配置されて基板に形成された直線状輪郭の撮像結果のみが得られる状況においても基板の位置情報が計測され、計測された基板の位置情報に基づいて基板の位置制御を行いつつ基板上にパターンを転写しているため、基板の表面及び裏面の両面にパターンを効率よく転写することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の全体構成の概略を示す図である。
【図２】プリアライメント検出系の周辺の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る露光装置が備える主制御系の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る露光装置の露光時の動作の概略を示すフローチャートである。
【図５】プリアライメントセンサの撮像位置へウエハが配置された状態を示す上面図である。
【図６】ウエハが表面を上側にして配置されているときのプリアライメントセンサの撮像結果の一例を示す図である。
【図７】ウエハが裏面を上側にして配置されているときのプリアライメントセンサの撮像結果の一例を示す図である。
【図８】ウエハの表裏判別処理を示すフローチャートである。
【図９】円弧エッジ又は直線状の外縁と近似直線との位置関係を例示する図である。
【図１０】撮像した外縁部が円弧エッジであるか否かの判定を行う際に設定する閾値の一例を説明するための図である。
【図１１】ウエハの位置情報を算出する処理を示すフローチャートである。
【図１２】オリエンテーションフラットの近似直線とサブオリエンテーションの近似直線とを用いてウエハの中心位置を求める処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１…露光装置
１４…基板テーブル（ステージ）
１６…ウエハステージ装置（ステージ装置）
２０…主制御系（制御装置、制御用コンピュータ）
２２ａ〜２２ｃ…プリアライメントセンサ（撮像装置）
３３…外縁抽出部（点群抽出部）
３４…直線近似部（近似直線算出部）
３５…表裏判別部（判定部）
３７…位置情報算出部（推定部）
ＣＥ…円弧エッジ（曲線状輪郭）
Ｌ１１…近似直線（第１近似直線）
Ｌ１２…近似直線（第２近似直線）
ＯＦ…オリエンテーションフラット（第１直線状輪郭）
ＯＦ１…サブオリエンテーションフラット（第２直線状輪郭）
ＲＡＳ…プリアライメント検出系（撮像装置）
Ｗ…ウエハ（基板）

Claims (14)

1. 互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭と曲線状輪郭とを有する物体の位置情報を計測する位置計測方法であって、
   前記第１及び第２直線状輪郭の一部をそれぞれ撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程の撮像結果に基づいて、前記第１直線状輪郭に対する第１近似直線を求める第１直線近似工程と、
   前記撮像工程の撮像結果に基づいて、前記第２直線状輪郭に対する第２近似直線を求める第２直線近似工程と、
   前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定工程と
   を含むことを特徴とする位置計測方法。
2. 互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭と曲線状輪郭とを有する物体の位置情報を計測する位置計測方法であって、
   前記物体の輪郭の一部を、予め設定された所定の位置関係を有する少なくとも２箇所において撮像する撮像工程と、
   前記２箇所において撮像した前記輪郭の一部の各々が直線状輪郭であるのか又は曲線状輪郭であるのかを判定する判定工程と、
   前記判定工程において、前記輪郭の一部の両方が前記直線状輪郭であると判定された場合に、撮像した前記輪郭の一部の一方を前記第１直線状輪郭とし、他方を前記第２直線状輪郭として、前記第１及び第２直線状輪郭に対する第１及び第２近似直線をそれぞれ求める直線近似工程と、
   前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定工程と
   を含むことを特徴とする位置計測方法。
3. 前記判定工程は、前記撮像工程の撮像結果に基づいて、前記物体の前記輪郭の一部に沿った複数の点からなる点群を抽出する点群抽出工程と、
   前記点群に対する近似直線を算出する近似直線算出工程とを含み、
   前記近似直線算出工程で得られた近似直線に対する前記点群の位置関係に応じて、前記判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の位置計測方法。
4. 前記判定工程は、前記位置関係として前記近似直線に対する前記点群をなす各点の距離の統計分布を用い、当該統計分布の標準偏差及び分散の少なくとも一方に応じて前記判定を行うことを特徴とする請求項３に記載の位置計測方法。
5. 前記推定工程は、前記基準位置に対する前記第１直線状輪郭の設計上の距離である第１距離だけ前記第１近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第１移動工程と、
   前記基準位置に対する前記第２直線状輪郭の設計上の距離である第２距離だけ前記第２近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第２移動工程と、
   前記第１移動工程で平行移動させた前記第１近似直線と前記第２移動工程で平行移動させた前記第２近似直線との交点を算出し、前記基準位置を示す基準位置情報とする基準位置情報算出工程と
   を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の位置計測方法。
6. 互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭と曲線状輪郭とを有する物体の位置情報を計測する位置計測装置であって、
   前記第１及び第２直線状輪郭の一部をそれぞれ撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置の撮像結果に基づいて、前記第１直線状輪郭に対する第１近似直線及び前記第２直線状輪郭に対する第２近似直線を求める直線近似部、並びに前記直線近似部で求められた前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定部を有する制御装置と
   を備えることを特徴とする位置計測装置。
7. 互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭と曲線状輪郭とを有する物体の位置情報を計測する位置計測装置であって、
   前記物体の輪郭の一部を、予め設定された所定の位置関係を有する少なくとも２箇所において撮像する撮像装置と、
   前記２箇所において撮像した前記輪郭の一部の各々が直線状輪郭であるのか又は曲線状輪郭であるのかを判定する判定部、前記判定部において前記輪郭の一部の両方が前記直線状輪郭であると判定された場合に、撮像した前記輪郭の一部の一方を前記第１直線状輪郭とし、他方を前記第２直線状輪郭として、前記第１及び第２直線状輪郭に対する第１及び第２近似直線をそれぞれ求める直線近似部、並びに前記第１及び第２近似直線を用いて前記物体の基準位置を推定する推定部を有する制御装置と
   を備えることを特徴とする位置計測装置。
8. 前記判定部は、前記撮像装置の撮像結果に基づいて、前記物体の前記輪郭の一部に沿った複数の点からなる点群を抽出する点群抽出部と、
   前記点群に対する近似直線を算出する近似直線算出部とを備え、
   前記近似直線算出部で得られた近似直線に対する前記点群の位置関係に応じて、前記判定を行うことを特徴とする請求項７に記載の位置計測装置。
9. 前記判定部は、前記位置関係として前記近似直線に対する前記点群をなす各点の距離の統計分布を用い、当該統計分布の標準偏差及び分散の少なくとも一方に応じて前記判定を行うことを特徴とする請求項８に記載の位置計測装置。
10. 前記推定部は、
    前記基準位置に対する前記第１直線状輪郭の設計上の距離である第１距離だけ前記第１近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第１移動部、
    前記基準位置に対する前記第２直線状輪郭の設計上の距離である第２距離だけ前記第２近似直線を前記基準位置に向けて平行移動させる第２移動部、
    及び前記第１移動部で平行移動させた前記第１近似直線と前記第２移動部で平行移動させた前記第２近似直線との交点を算出し、前記基準位置を示す基準位置情報とする基準位置情報算出部
    を有することを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載の位置計測装置。
11. 基板に所定のパターンを転写する露光方法であって、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の位置計測方法によって前記物体としての前記基板の基準位置を示す基準位置情報を求める基板計測工程と、
    前記基板計測工程において求められた前記基板の基準位置を示す基準位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板に前記パターンを転写する転写工程と
    を含むことを特徴とする露光方法。
12. 基板に所定のパターンを転写する露光装置であって、
    前記物体としての前記基板の基準位置を示す基準位置情報を求める請求項６〜１０の何れか一項に記載の位置計測装置と、
    前記位置計測装置により計測された前記基板を搭載するステージを有するステージ装置と
    を備えることを特徴とする露光装置。
13. 互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭と曲線状輪郭とを有する基板に所定のパターンを転写する露光装置の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を計測させるためのプログラムであって、
    前記第１及び第２直線状輪郭の一部をそれぞれ撮像した撮像結果を取り込む取込工程と、
    前記取込工程で取り込まれた撮像結果に基づいて、前記第１直線状輪郭に対する第１近似直線を求める第１直線近似工程と、
    前記撮像工程の撮像結果に基づいて、前記第２直線状輪郭に対する第２近似直線を求める第２直線近似工程と、
    前記第１及び第２近似直線を用いて前記基板の基準位置を推定する推定工程と
    を前記制御用コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
14. 互いに直交関係にある第１及び第２直線状輪郭と曲線状輪郭とを有する基板に所定のパターンを転写する露光装置の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を計測させるためのプログラムであって、
    前記基板の輪郭の一部を、予め設定された所定の位置関係を有する少なくとも２箇所において撮像した撮像結果を取り込む取込工程と、
    前記２箇所において撮像した前記輪郭の一部の各々が直線状輪郭であるのか又は前記曲線状輪郭であるのかを判定する判定工程と、
    前記判定工程において、前記輪郭の一部の両方が前記直線状輪郭であると判定された場合に、撮像した前記輪郭の一部の一方を前記第１直線状輪郭とし、他方を前記第２直線状輪郭として、前記第１及び第２直線状輪郭に対する第１及び第２近似直線をそれぞれ求める直線近似工程と、
    前記第１及び第２近似直線を用いて前記基板の基準位置を推定する推定工程と
    を前記制御用コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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