JP2005167002A - マーク検出方法とその装置、及び、露光方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マークの検出に失敗しても周辺のマークを代用したリカバリーが可能で、作業者が介入する作業の発生可能性の低いサーチマーク検出方法を提供する。
【解決手段】物体上の指定された位置に対してマークの検出処理を行う（ステップＳ１１２）。マークの検出に失敗した場合（ステップＳ１１３）、他の位置にマーク検出位置を変更し（ステップＳ１３１）、変更した位置に対して再度マークの検出処理を行う（ステップＳ１３２）。複数のパターンが積層して形成される半導体デバイス等においては、指定した位置からマークが検出されない場合、その周辺に他のレイヤで形成されたマークが存在する場合が多い。所望のマークが検出されない場合は、そのような周辺のマークを検出してこのマークの位置に基づいてサーチアライメント計測を行う。サーチエラーにより装置を停止して作業者のアシストを得る状態を避けることができ、デバイスの製造を効率良く行うことができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造する際のリソグラフィー工程において行うアライメント処理に関し、特に、アライメントエラーによる装置、ラインの停止を防ぎ、電子デバイスの製造を継続することのできるマーク検出方法とその装置、アライメント方法とその装置、及び、露光方法とその装置に関する。

半導体素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造する際には、露光装置を用いて、マスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を感光剤が塗布された半導体ウエハやガラスプレート等の基板上に繰り返し投影露光する。この工程の際、露光装置においては、基板の位置と投影されるパターンの像の位置とを高精度に合わせる必要がある。特に半導体素子の製造においては、近年、集積度の向上に伴って形成するパターンが非常に微細になっている。従って、所望の性能を有する半導体素子を製造するためには、非常に高精度な位置合わせが要求される。

露光装置におけるこの位置合わせは、基板やレチクルに形成されたアライメントマーク（以下、単にマークと称する場合もある）をアライメントセンサにより検出し、基板等の位置を検出し、その位置を制御することにより行う。
露光装置において処理される基板に対しては、一般的に、基板のローディング位置を大まかに合わせるプリアライメント、基板のホルダーに対する回転量やＸＹ面内での位置ずれを検出するサーチアライメント、及び、最終的に各露光ショットの位置決めを行うためのファインアライメントが段階的に行われる。

サーチアライメントやファインアライメントの際にマークの位置を検出する方法としては、従来より種々の方法が用いられているが、近年、画像処理によりマークの位置を検出するＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のアライメントセンサが用いられるようになっている。これは、マーク付近の基板表面を撮像した信号（パターン信号、ｎ次元信号）を画像処理して、マークの位置情報を検出する方法である。（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２１０５７７号公報

ところで、例えばサーチアライメントの際に、何らかの理由によりマークが適切に検出できなかった場合は計測エラー（サーチエラー）となり、ロット処理を中断し作業者が介入しての調整作業が必要となる。その結果、露光処理の効率が低下し、製品の生産性を低下させるという問題が生じる。このようなサーチエラーは、同一の品種に対して装置が安定して稼動され始めた後に最も発生する可能性の高いエラーの１つであり、改善が望まれている。

従来、デバイスの製造ラインでは、例えばメモリを生産する場合のように同一のデバイスを大量生産する場合が多かった。そのような状況では、生産初期の時点で作業者が介入してでもマークやパラメータ等の条件を最適化しサーチエラーの発生可能性を低くしておけば、後の大量生産の際の効率が向上し全体としての生産効率も向上することとなっていた。しかしながら近年は、多品種で少数のデバイスを短期間で製造する状況が多く、生産ラインの停止がそのまま生産効率の低下に直結する場合が多くなっている。従って、従来のように条件の最適化を入念に行うのではなく、そのような最適化をしなくとも、あるいは短時間の最適化処理で、生産ラインを停止せずにデバイスの製造を完了してしまうことが要求されている。

本発明はこのような問題の鑑みてなされたものであって、その目的は、例えばサーチアライメントの際のアライメントマークの検出の際に、マークの検出に失敗した場合であってもリカバリーが可能で、作業者が介入する調整作業が発生する可能性の低い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。
また本発明の他の目的は、例えばサーチアライメントの際にアライメントエラーとなった場合であってもリカバリーが可能で、作業者が介入する調整作業が発生する可能性の低いアライメント方法及びアライメント装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、アライメント処理の際にアライメントエラーとなった場合であってもリカバリーが可能で、装置の停止する可能性が低く効率良く露光処理を行うことができる露光方法及び露光装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係るマーク検出方法は、物体上に形成された複数のマークを検出するマーク検出方法であって、前記物体上の、マーク検出処理を行う第１位置（３３０）と、該第１とは異なる第２位置（４４０）とを予め設定し、前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記物体上において前記第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置（３３２）を、該第１位置に代わる再検出位置として設定し、前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置（４４２）を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出位置を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始することを特徴とする。（図１０参照）

設計情報等に基づいて当初指定した位置から適切にマークが検出されない場合でも、その周辺の領域からはマークが検出される状態は容易に予測される。マークが検出されない原因としては種々の原因が考えられるが、例えば物体の位置がずれている場合、物体上のマークの位置がずれている場合、あるいは検出系がずれている場合等、位置ずれに起因するものは、周辺の領域からマークが検出される可能性は比較的高い。また、各々がマークを有するレイヤを順次積層する半導体の露光工程のような工程においては、本来のマークの周辺に他のレイヤのマークが存在している場合が多い。従って、本来のマークがマーク自体の劣化や検出信号の不適合等に起因して検出できなくても、周辺のマークの検出は可能な場合が少なくない。
従って、本来の位置でのマーク検出に失敗した場合は、その周辺領域からマーク検出を行うようにすれば、適切にマークを検出できる可能性が十分にある。すなわち、このような処理を行うことにより、マークの検出エラーが発生した場合のリカバリー処理が可能となり、例えば作業者の介入による調整作業等を必要とする回数を少なくすることができる。

好適な一具体例としては、前記物体は、各々が所望のパターンを有する複数の薄膜と、前記複数の薄膜の中の任意の複数の薄膜に対応する複数のマークとが積層され形成された基板であって、前記複数のマークの任意の１つのマークを検出対象のマークとし、当該マークの位置を指定し、前記指定された位置に対してマークの検出処理を行い、前記検出処理において前記マークの検出に失敗した場合、前記複数のマークの他のマークを検出するよう前記マーク検出位置を変更し、前記変更した位置に対して再度マークの検出処理を行う。

さらに、ある工程で形成されたマーク（あるレイヤで形成されたマーク）に工程上の問題で形崩れが発生している場合には、同じ工程で形成されたマーク全てが形崩れしている可能性が高い。換言すれば、各マークについて、そのエラーの原因は同一で、適切に検出できるマークも同じである場合が多く、リカバリー処理も同じとなる可能性は高い。
従って、本発明によれば、このような方法によりマーク検出を行うことにより、２つ目以降のマークの検出の際には、最初のマークの検出の際にマーク検出エラーとなったマークに対応するマークについてはマーク検出処理を省略し、最初から、マークの正常な検出が見込める位置でマーク検出を行うことができる。すなわち、前のマーク検出のリカバリー処理の履歴を反映して効率良く後のマークのマーク検出を行うことができる。

また、本発明に係る他のマーク検出方法は、第１及び第２物体上にそれぞれ形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、前記第１物体（６１０）上のマーク検出処理を行う第１位置（７１０）と、前記第２物体（６２０）上の該マーク検出処理を行う第２位置（８１０）とを予め設定し、前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記第１物体上において該第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置（７３０）を、該第１位置に代わる再検出位置として設定し、前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記第２物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置（８３０）を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出処理を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始することを特徴とする。

例えば、同一ロット内のウエハのように、同じ条件で処理される一連の複数の物体については、生じる問題、すなわちマークの形崩れ等の傾向が同じか類似している可能性が高い。換言すれば、各物体について、そのエラーの原因は同一である場合が多く、適切に検出できるマークは同じで、リカバリー処理も同じとなる可能性は高い。
従って、本発明によれば、このような方法によりマーク検出を行うことにより、２つ目以降の物体からのマーク検出の際には、最初の物体からのマークの検出の際にマーク検出エラーとなったマークに対応するマークについてはマーク検出処理を省略し、最初よりマークの正常な検出が見込める位置でマーク検出を行うことができる。すなわち、前の物体に対するマーク検出のリカバリー処理の履歴を反映して効率良く後のマークのマーク検出を行うことができる。

また、本発明に係るマーク検出装置は、物体上に形成された複数のマークを検出するマーク検出装置であって、予め設定された、前記物体上の、マーク検出処理を行う第１位置と、該第１とは異なる第２位置とを記憶する記憶手段（１５）と、前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記物体上において該第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置を、該第１位置に代わる再検出位置として設定する変更手段（１５，４１）と、前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出処理を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始する制御手段（１５，４１）とを有することを特徴とする。（図１参照）

また、本発明に係る他のマーク検出装置は、第１及び第２物体上にそれぞれ形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、予め設定された、前記第１物体上の前記マーク検出処理を行う第１位置と、前記第２物体上の該マーク検出処理を行う第２位置とを記憶する記憶手段（１５）と、前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記第１物体上において該第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置を、該第１位置に代わる再検出位置として設定する変更手段（１５，４１）と、前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記第２物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出処理を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始する制御手段（１５，４１）と、を有することを特徴とする。（図１参照）

好適には、基板位置合わせ及び露光は、例えば露光装置の露光処理を制御するプロセスプログラム等の予め設定された処理条件の情報に基づいて行われ、前記マークが前記マーク検出位置の変更を経て検出された場合は、前記処理条件の情報を変更する。
このような構成によれば、一度行ったリカバリー処理の履歴を利用して以降のマーク検出、アライメント、ひいては露光処理等を制御することができ、リカバリー処理の結果を反映した効率良い露光処理が可能となる。

なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施の形態の態様に限定されることを示すものではない。

このように、本発明によれば、例えばサーチアライメントの際のアライメントマークの検出の際に、マークの検出に失敗した場合であってもリカバリーが可能で、作業者が介入する調整作業が発生する可能性の低いマーク検出方法及びマーク検出装置を提供することができる。
また、例えばサーチアライメントの際にアライメントエラーとなった場合であってもリカバリーが可能で、作業者が介入する調整作業が発生する可能性の低いアライメント方法及びアライメント装置を提供することができる。
また、アライメント処理の際にアライメントエラーとなった場合であってもリカバリーが可能で、装置の停止する可能性が低く効率良く露光処理を行うことができる露光方法及び露光装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
本実施の形態においては、画像処理によりウエハの所定の基準となるパターンを検出するオフアクシス方式のアライメント光学系を有する露光装置、及び、この露光装置におけるサーチアライメント方法等について説明する。

まず、その露光装置の全体構成について図１〜図２を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。
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等について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定される。図中のＸＹＺ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。

図１に示すように、図示しない照明光学系から出射された露光光ＥＬは、コンデンサレンズ１を介してレチクルＲに形成されたパターン領域ＰＡに均一な照度分布で照射される。露光光ＥＬとしては、例えばｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）、又は、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）又はＦ２エキシマレーザ（１９３ｎｍ）から出射される光等が用いられる。

レチクルＲはレチクルステージ２上に保持され、レチクルステージ２はベース３上の二次元平面内において移動及び微小回転ができるように支持される。装置全体の動作を制御する主制御系１５が、ベース３上の駆動装置４を介してレチクルステージ２の動作を制御する。このレチクルＲは、その周辺に形成された図示しないレチクルアライメントマークがミラー５、対物レンズ６、マーク検出系７からなるレチクルアライメント系で検出されることによって、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに関して位置決めされる。

レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した露光光ＥＬは、例えば両側（片側でもよい。）テレセントリックな投影レンズＰＬに入射され、ウエハ（基板）Ｗ上の各ショット領域に投影される。投影レンズＰＬは、露光光ＥＬの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互いに共役になっている。また、照明光ＥＬは、ケラー照明であり、投影レンズＰＬの瞳ＥＰ内の中心に光源像として結像される。
なお、投影レンズＰＬはレンズ等の光学素子を複数有する。その光学素子の硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料が使用される。

ウエハＷは、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に載置される。ウエハホルダー８上には、ベースライン計測等で使用する基準マーク１０が設けられている。ウエハステージ９は、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウエハＷを二次元的に位置決めするＸＹステージ、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にウエハＷを位置決めするＺステージ、ウエハＷを微小回転させるステージ、及び、Ｚ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウエハＷの傾きを調整するステージ等を有する。

ウエハステージ９の上面の一端にはＬ字型の移動ミラー１１が取り付けられ、移動ミラー１１の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１２が配置される。図１では簡略化して図示しているが、移動鏡１１はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成される。
また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ９のＸＹ平面内における回転角が計測される。

レーザ干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標及び回転角を示す位置計測信号ＰＤＳは、ステージコントローラ１３に供給される。ステージコントローラ１３は、主制御系１５の制御の下、この位置計測信号ＰＤＳに応じて、駆動系１４を介してウエハステージ９の位置を制御する。
また、位置計測情報ＰＤＳは主制御系１５へ出力される。主制御系１５は、供給された位置計測信号ＰＤＳをモニターしつつ、ウエハステージ９の位置を制御する制御信号をステージコントローラ１３へ出力する。
さらに、レーザ干渉系１２から出力された位置計測信号ＰＤＳは後述するレーザステップアライメント（ＬＳＡ）演算ユニット２５へ出力される。

また、露光装置１００は、レーザ光源１６、ビーム整形光学系１７、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１、対物レンズ２２、ミラー２３、受光素子２４、ＬＳＡ演算ユニット２５及び投影レンズＰＬを構成部材とするＴＴＬ方式のアライメント光学系を有する。このアライメント系は、例えば特開２００１−２１０５７７号公報により公知のものであるので、ここでは簡単に説明するにとどめる。
レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の光源であり、赤色光（例えば波長６３２.８ｎｍ）であってウエハＷ上に塗布されたフォトレジストに対して非感光性のレーザビームＬＢを出射する。このレーザビームＬＢは、シリンドリカルレンズ等を含むビーム整形光学系１７を透過し、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１を介して対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２を透過したレーザビームＬＢは、レチクルＲの下方であってＸＹ平面に対して斜め方向に設けられたミラー２３で反射され、投影レンズＰＬの視野の周辺に光軸ＡＸと平行に入射され、投影レンズＰＬの瞳ＥＰの中心を通ってウエハＷを垂直に照射する。

レーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１７の働きで対物レンズ２２と投影レンズＰＬとの間の光路中の空間にスリット状のスポット光ＳＰ０となって集光している。
投影レンズＰＬは、このスポット光ＳＰ０をウエハＷ上にスポットＳＰとして再結像する。
ミラー２３は、レチクルＲのパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、かつ投影レンズＰＬの視野内にあるように固定される。従って、ウエハＷ上に形成されるスリット状のスポット光ＳＰは、パターン領域ＰＡの投影像の外側に位置する。

このスポット光ＳＰによってウエハＷ上のマークを検出するには、ウエハステージ９をＸＹ平面内においてスポット光ＳＰに対して水平移動させる。スポット光ＳＰがマークを相対走査すると、マークからは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークとスポット光ＳＰの相対位置により光量が変化していく。こうした光情報は、レーザビームＬＢの送光路に沿って逆進し、投影レンズＰＬ、ミラー２３、対物レンズ２２及びビームスプリッタ２１を介して、受光素子２４に達する。受光素子２４の受光面は投影レンズＰＬの瞳ＥＰとほぼ共役な瞳像面ＥＰ′に配置され、マークからの正反射光に対して不感領域を持ち、散乱光や回折光のみを受光する。

受光素子２４からの各光電信号はレーザ干渉計１２から出力される位置計測信号ＰＤＳとともに、ＬＳＡ演算ユニット２５に入力され、マーク位置の情報ＡＰ１が作られる。ＬＳＡ演算ユニット２５は、スポット光ＳＰに対してウエハマークを走査した時の受光素子２４からの光電信号波形を位置計測信号ＰＤＳに基づいてサンプリングして記憶し、その波形を解析することによってマークの中心がスポット光ＳＰの中心と一致した時のウエハステージ９の座標位置として、マーク位置の情報ＡＰ１を出力する。

また、露光装置１００は、オフ・アクシス方式のアライメント光学系（以下、アライメントセンサと称する）を投影光学系ＰＬの側方に備える。このアライメントセンサは、基板表面のアライメントマーク付近を撮像した信号（ｎ次元信号）を信号処理（画像処理を含む）して、マークの位置情報を検出するＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のアライメントセンサである。

露光装置１００においては、このアライメントセンサにより、サーチアライメント計測やファインアライメント計測を行う。
サーチアライメント計測は、ウエハ上に形成されている複数個のサーチアライメント用のマークを検出し、ウエハのウエハホルダーに対する回転量やＸＹ面内での位置ずれを検出する処理である。本実施の形態におけるサーチアライメント計測の信号処理方法としては、予め設定した基準パターン（テンプレート）を用いて、そのテンプレートに対応する所定のパターンを検出する手法（テンプレートマッチング手法）を用いるものとして説明を進める。
なお、サーチアライメント計測の具体的な処理手順は、本発明に関わる種々のリカバリー処理を含むものであり、後に詳細に説明する。

また、ファインアライメント計測は、ショット領域に対応して形成されているファインアライメント用のアライメントマークを検出し、最終的に各露光ショットの位置決めを行うための処理である。本実施の形態においてファインアライメント計測の画像処理方法としては、例えば特開平４−６５６０３号公報等で公知のマークのエッジを抽出してその位置を検出する手法（エッジ計測手法）を用いる。
なお、サーチアライメント及びファインアライメントのいずれにおいても、その画像処理方法は本実施の形態の手法に限られるものではなく、各々、テンプレートマッチング手法でも上述のエッジ計測手法でも、あるいはまたその他の画像処理方法であってもよい。
上記サーチアライメント計測時の観察倍率とファインアライメント計測時の観察倍率とは、互いに等しい観察倍率としてもよいし、あるいは、ファインアライメント時の倍率をサーチアライメント時の倍率よりも高倍に設定するようにしてもよい。

このようなＦＩＡ方式のアライメントセンサは、ウエハＷを照明するための照射光を出射するハロゲンランプ２６、ハロゲンランプ２６から出射された照明光を光ファイバー２８の一端に集光するコンデンサレンズ２７、及び、照明光を導波する光ファイバー２８を有する。
照明光の光源としてハロゲンランプ２６を用いるのは、ハロゲンランプ２６から出射される照明光の波長域は５００〜８００ｎｍであり、ウエハＷ上面に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、及び、波長帯域が広く、ウエハＷ表面における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。

光ファイバー２８から出射された照明光は、ウエハＷ上に塗布されたフォトレジストの感光波長（短波長）域と赤外波長域とをカットするフィルタ２９を通過して、レンズ系３０を介してハーフミラー３１に達する。ハーフミラー３１によって反射された照明光は、ミラー３２によってＸ軸方向とほぼ平行に反射された後、対物レンズ３３に入射し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レンズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム（ミラー）３４で反射されてウエハＷを垂直に照射する。

なお、図示を省略しているが、光ファイバー２８の出射端から対物レンズ３３までの光路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ３３に関してウエハＷと共役な位置に設けられる。また、対物レンズ３３はテレセントリック系に設定され、その開口絞り（瞳と同じ）の面３３ａには、光ファイバー２８の出射端の像が形成され、ケーラー照明が行われる。対物レンズ３３の光軸は、ウエハＷ上では垂直となるように定められ、マーク検出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないようになっている。

ウエハＷからの反射光は、プリズム３４、対物レンズ３３、ミラー３２、ハーフミラー３１を介して、レンズ系３５によって指標板３６上に結像される。この指標板３６は、対物レンズ３３とレンズ系３５とによってウエハＷと共役に配置され、図４に示すように矩形の透明窓内に、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに伸びた直線状の指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを有する。図２は、指標板３６の断面図である。従って、ウエハＷのマークの像は、指標板３６の透明窓３６ｅ内に結像され、このウエハＷのマークの像と指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとは、リレー系３７，３９及びミラー３８を介してイメージセンサー４０に結像する。

イメージセンサー４０（光電変換手段、光電変換素子）は、その撮像面に入射する像を光電信号（画像信号、画像データ、データ、信号）に変換するものであり、例えば二次元ＣＣＤが用いられる。イメージセンサー４０から出力された信号（ｎ次元信号）は、ＦＩＡ演算ユニット４１に、レーザ干渉計１２からの位置計測信号ＰＤＳとともに入力される。

本実施の形態では、イメージセンサー４０において二次元画像信号を得て、これをＦＩＡ演算ユニット４１に入力し使用する。また、サーチアライメント処理の時に行うテンプレートマッチングの際には、二次元ＣＣＤで得た信号を非計測方向に積算（投影）して一次元投影信号として、計測方向への計測に使用する。

なお、イメージセンサー４０で得る信号やその後段の信号処理の際に処理対象とする信号の形式は、本実施の形態のこのような例に限られるものではない。テンプレートマッチングの際に、二次元画像処理を行うように構成して二次元信号を計測に用いるようにしてもよい。また、３次元画像信号を得て、３次元画像処理を行うように構成してもよい。さらに言えば、ＣＣＤの信号をｎ次元（ｎは、ｎ≧１の整数）に展開して、例えば、ｎ次元の余弦成分信号、ｎ次元正弦信号、あるいはｎ次周波数信号等を生成し、そのｎ次元信号を用いて位置計測を行うものに対しても本発明は適用可能である。
なお、本明細書の説明において画像、画像信号、画像情報、パターン信号等と称する時も同様に、二次元の画像のみならず、このようなｎ次元信号（ｎ次元の画像信号や、上述のごとく画像信号から展開された信号等）をも含むものとする。

ＦＩＡ演算ユニット４１は、入力された画像信号からアライメントマークを検出し、そのアライメントマークの指標マーク３６ａ〜３６ｄに対するマーク像のずれを求める。そして、位置計測信号ＰＤＳによって表されるウエハステージ９の停止位置から、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心検出位置に関する情報ＡＰ２を出力する。

図３は、ＦＩＡ演算ユニット４１の内部構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ＦＩＡ演算ユニット４１は、画像信号（パターン信号）記憶部５０、テンプレートデータ記憶部５２、データ処理部５３及び制御部５４を有する。

画像信号記憶部５０は、イメージセンサー４０から入力される画像信号（パターン信号）を記憶する。画像信号記憶部５０には、イメージセンサー４０により取り込まれた画像（パターン信号）であって、検出対象のアライメントマークのサイズに比べて十分に大きいスキャン領域の画像が記憶される。

テンプレートデータ記憶部５２は、例えばサーチアライメントの際に行うテンプレートマッチング処理で用いるテンプレートデータを記憶する。テンプレートデータは、ウエハ上のマークを検出するために画像信号記憶部５０に記憶されている画像信号（パターン信号）とパターンマッチングを行うための基準のパターンデータである。
テンプレートデータは、露光装置１００とは別の計算機システム等で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよいし、アライメントセンサで撮像された画像情報（パターン信号）に基づいてＦＩＡ演算ユニット４１で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよい。

データ処理部５３は、画像信号（パターン信号）記憶部に記憶されている画像信号（パターン信号）に対してテンプレートマッチング及びエッジ検出処理等の所望の画像処理（信号処理）を行い、マークの検出、位置情報の検出、及び、ずれ情報の検出等を行う。
例えば、データ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶される画像信号（パターン信号）とテンプレートデータ記憶部５２に記憶するテンプレートとのマッチングを行い、画像信号（パターン信号）中のマークの有無を検出する。そして、マーク存在していた場合には、視野内のどの位置にあるかを求める。これによって、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心位置に関する情報ＡＰ２を得る。

制御部５４は、画像信号記憶部５０における画像信号の記憶及び読み出し、テンプレートデータ記憶部５２におけるテンプレートデータの記憶及び読み出し、及び、データ処理部５３における前述したマッチングやエッジ検出等の処理が各々適切に行われるように、ＦＩＡ演算ユニット４１全体の動作を制御する。本発明に関わるサーチアライメント方法の具体的処理手順については後に詳細に説明するが、その中の処理であって、スキャン領域の画像を一度画像信号記憶部５０に記憶してから、以後、そのスキャン領域の画像に対して行うマーク検出処理及び種々のリカバリー処理は、制御部５４が露光装置１００の主制御系１５と連係して行う。

このような構成の露光装置１００の各部は、主制御系１５により各々制御され、協働して動作し、所望のアライメント処理、露光処理等を実行する。
本発明に関わる後述するサーチアライメント計測は、これを制御するプログラムが実質的に主制御系１５で実行されることにより、また、マーク検出処理を含む画像処理部分の手順が前述したＦＩＡ演算ユニット４１の制御部５３において実行されることにより、実現される。

以降、このような構成の露光装置１００において行う本発明に係るサーチアライメント計測の方法について、図４〜図１２を参照して説明する。
本発明に係る露光装置１００においては、サーチアライメント計測時に、サーチマークを適切に検出できずにサーチエラーとなっても直ちにオペレータのアシストを必要とする待機状態とならず、いくつかのリカバリー処理を自動的に行い、サーチアライメント計測を適切に完了するよう動作することを特徴とする。
以下、そのリカバリー処理及びその手順を中心に、本発明に係るサーチアライメント計測の方法について説明する。

図４は、そのサーチアライメント計測の処理の流れを概略的に示すフローチャートである。
サーチアライメント計測処理においては、まず、個々のサーチアライメントマーク（以降、サーチマークと称する）を検出するサーチマーク検出処理を行う。すなわち、図４に示すように、サーチマークの各々について、設計ショットに基づく通常のサーチマーク検出（ステップＳ１１０）を行い、以後サーチエラーが発生している限り、スキャン長を自動的に拡張してのサーチマーク検出（ステップＳ１２０）、サーチ座標を自動的にステップしてのサーチマーク検出（ステップＳ１３０）、サーチショットを自動的に変更してのサーチマーク検出（ステップＳ１４０）、サーチショットを周辺ショットに変更してのサーチマーク検出（ステップＳ１５０）、再度プリアライメントを行ってのサーチマーク検出（ステップＳ１６０）、光学系の条件を変更してのサーチマーク検出（ステップＳ１７０）、及び、センサー系を交換してのサーチマーク検出（ステップＳ１８０）と言うリカバリー処理を順次実行する。

いずれかの処理においてサーチマークが正常に検出されれば、そのマークの位置及びずれ量を検出し（ステップＳ２００）、次のサーチマークの検出処理を行う（ステップＳ１１０〜）。そして、検出対象の全てのサーチマークの検出が終了したら、ウエハ全体の位置ずれや回転量を検出して（ステップＳ２００）、サーチアライメント計測の処理を終了する。
一方で、あるサーチマークについてステップＳ１８０までのリカバリー処理を終了してもサーチエラーが解消されない場合には、ここで初めてオペレータの介入を要求するサーチアシスト状態となる（ステップＳ１９０）。

ここで、どのような場合にサーチマークが正常に検出された（サーチマーク検出処理の成功）と判定され、そしてどのような場合にサーチエラー（サーチマーク検出処理の失敗）と判定されるのかについて述べる。典型的なサーチエラーとしてはウエハのプリアライメント精度が悪くてＦＩＡの視野内にサーチマークが入っていない（又は一部しか入っていない）場合である。このような場合は、計測信号中にマーク信号が含まれていないことからサーチエラーであると判別される。
また、ＦＩＡの計測信号中にマーク信号に存在していたとしても、そのマーク信号のレベル（光量、輝度、コントラスト等）が微弱であるとマーク計測が行えないことがある。このような場合にもサーチエラーであると判定される。
このような状況が生じず、マーク位置情報がＦＩＡ信号から得ることができればサーチマーク検出処理が成功したと認識されることになる。

図５〜図８は、より詳細なサーチアライメント計測の処理の流れを示すフローチャートである。
以下、各サーチマーク検出処理及びリカバリー処理の具体的内容について、図５〜図８に加えて図９〜図１２を参照して説明する。

まず最初に、計測されるべきサーチマークの設計上の位置情報（設計情報）に基づいて、通常にサーチアライメント計測を行う（ステップＳ１１０）。
すなわち、設計情報に基づいてサーチマークが配置されている領域（座標）を検出し（ステップＳ１１１）、この領域の画像情報からサーチマークを検出する（ステップＳ１１２）。
この領域から適切にサーチマークが検出されたら（ステップＳ１１３）、そのマークの位置座標値を検出しそのマークについてずれ量（位置情報）を検出して（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。

設計情報に基づく位置より適切にマークが検出されなかった場合には（ステップＳ１１３（図５））、サーチ範囲を自動拡張してのマーク検出処理を行う（ステップＳ１２０）。
すなわち、例えば図９に示すように、マークをサーチするサーチ窓（サーチ計測処理範囲）を当初のサーチ窓３１０よりもサイズの大きい窓３２０に設定し、換言すればマークをサーチする領域を拡張し（ステップＳ１２１）、マークをサーチする（ステップＳ１２２）。サーチ窓の拡張方法は、図１１に示すように二次元的に拡張してもよいし、マークが一次元マークである場合にはそのマークの延伸方向と垂直な方向、すなわち計測方向（一方向）にのみ拡張するようにしてもよい。
サーチ窓を拡張することにより適切にサーチマークが検出されたら（ステップＳ１２３）、そのマークの位置座標値を検出しそのマークについてずれ量を検出して（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。

サーチ領域を拡張しても適切にマークが検出されなかった場合には（ステップＳ１２３（図５））、次に、サーチ位置（サーチ座標）を自動ステップさせてのマーク検出処理を行う（ステップＳ１３０）。サーチ座標自動ステップ処理は、予め設定された方向及び距離（移動量）の情報（所定の位置関係情報）に従って、同一ショット領域内でマーク検出領域を変更し、変更した領域に対してサーチマークの検出を行う処理である。
換言すれば、ステップＳ１２０での「サーチ範囲自動拡張」処理は、当初の検出目標マークを視野を拡げてでも探索しようとする主旨の昨日であったのに対し、本ステップＳ１３０での「サーチ座標自動ステップ」処理は、当初の検出目標マークの検出は断念し、その代わりに同一ショットに付随して設けられている他のマークを代用マークとして探索しようとする主旨のものである。

すなわち、マーク検出位置を、予め指定したルール（ステップ量，ステップ方向の所定の位置関係情報）に基づいて本来のマーク検出位置から移動させ（ステップＳ１３１）、その位置でマーク検出を行う（ステップＳ１３２）。そして、その移動先においても再度サーチエラーが発生したら（ステップＳ１３３）、所定の移動回数に至るまでは（ステップＳ１３４）、再度マーク検出位置を移動させ（ステップＳ１３１）、その位置で再度マーク検出を行う（ステップＳ１３２）。
この処理を、予め設定した所定回数繰り返し（ステップＳ１３４）、その間に移動したマーク検出位置において適切にマークが検出されたら（ステップＳ１３３）、そのマークの位置座標値を検出してそのマークについてのずれ量を検出して（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。
予め設定した所定回数、マーク検出位置の移動を繰り返してもマークが検出されなかった場合には（ステップＳ１３４（図５））、サーチショットを変更してのマーク検出処理（ステップＳ１４０（図６））に移る。

このようなサーチ位置（サーチ計測位置）の自動ステップ処理を行うことにより、サーチエラーが生じた場合に、スクライブライン内に並んでいる他のサーチマーク（異なるレイヤに形成されているマーク）を自動的に探しに行って、アライメントすることができる。
電子デバイスを製造する際には、１０〜２０の層（レイヤ）を積層しウエハ上に回路を形成するが、そのため、サーチマークは、複数のレイヤで焼かれたものが本来サーチ対象としているマークの周囲に存在することが多い。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）はこのことを説明する図である。図１１（Ａ）はウエハ上に形成されたショット配列の一部を拡大したものであり、図１１（Ｂ）はウエハの断面を示したものである。説明の便宜上、ウエハ上にはサーチマークのみを示し、ＥＧＡマーク（ファイン計測用マーク）は図示を省略している。基板上には複数のレイヤ１〜３が積層されており、各レイヤ毎にスクライプライン（ＳＬ）上にサーチマーク５１０〜５３０が、ショット毎に付随して形成されている。

一方で、サーチアライメント計測にはそれ程の高い精度は必要ない。従って、このように所定のステップでサーチ窓をずらしていくことにより、近傍のマーク（異なるレイヤ上のマーク）を検出し、それによりリカバリーすることができる。例えば、当初マーク５３０を計測する予定だったが、計測エラーが出た場合には、自動ステップしてマーク５２０を計測するという処理を自動的に行うことができる。

なお、このようなサーチ計測位置の自動ステップを行う際のサーチ窓のサイズは、図９に示すように、ステップＳ１２０のサーチ範囲自動拡張処理において拡張した最大のサーチ窓３２０の範囲とする。この最大のサーチ窓３２０を、例えば所定の方向ｄに、距離Ｌだけ移動することにより、新たなサーチ窓３２１とする。

サーチ窓の移動ルールとしては、本実施の形態においては、本来のサーチ計測位置を基準として、指定した方向のプラス方向及びマイナス方向に交互にステップして移動するものとする。すなわち、図１０（Ａ）に示すように、本来のサーチ計測位置３３０に対して、最初に所定方向（プラス方向）に所定距離離れた位置３３１に移動したら、次は、本来のサーチ計測位置３３０に対して最初の方向の反対方向（マイナス方向）に本来の計測位置３３０より所定距離離れた計測位置３３２に移動する。この２回目の計測位置３３２でもサーチエラーとなった場合には、今度は本来のサーチ計測位置３３０に対して１回目と同じプラス方向に、１回目の計測位置３３１よりもさらに所定の距離離れた計測位置３３３を３回目のサーチ計測位置とする。同様に、３回目のサーチ計測位置３３３でもサーチエラーとなった場合の４回目のサーチ計測位置３３４は、２回目のサーチ計測位置３３２よりもマイナス方向に所定距離離れた位置とする。

このようなサーチ計測位置自動ステップ処理は、フローチャートとしては詳細に図示しないが、サーチマークの検出状態等に応じて種々の形態で適用することができる。
例えば、サーチアライメント計測において各ウエハ毎に複数のサーチマークを検出する場合、被計測対象である２つ目以降のサーチマークについて、その直前のマークについてマークを適切に検出できたステップ位置を考慮してサーチを始めるようにしてもよい。すなわち、前のマーク（第１のサーチマーク）のサーチ計測の際に自動ステップしたマーク検出位置に対応する位置については、後のマーク（第２のサーチマーク）のサーチ計測の時にはマーク検出を行わず、サーチマークが適切に検出できた位置に対応する位置からサーチマークのサーチ計測を開始する。

より具体的には、サーチアライメント計測において、１枚のウエハ上に形成された例えば第１サーチマーク及び第２サーチマークの２つのサーチマークを検出する場合であって、第１サーチマークのサーチ計測時に、この自動ステップ機能により、図１０（Ｂ）に示すように、元のサーチ位置３３０及び１回目のサーチ位置３３１ではマークが検出できず、２回目のサーチ位置３３２（図中では左下へ１ステップ移動した位置）において初めて適切にマークが検出されたとする。このような場合、第２サーチマークのサーチ計測の際には、元のサーチ位置４４０及びそれに対する１回目のステップ位置４４１に対しては当初よりサーチを行わず、２回目のステップ位置４４２からサーチ計測を開始する。もし、この位置４４２でサーチエラーとなった時は、本来のサーチ位置４４０からみて３回目のステップ位置となる位置４４３に移動して、第２マークの２回目のサーチ計測を行うことになる。

このような処理をすることにより、例えば同一のレイヤに形成されたマークに対してマーク崩れが発生している場合等においては、マーク崩れが予測されるマークとのサーチ計測を省略し、迅速に適切なマークの検出を行うことができる。

逆に、このような前のマークの検出状態に応じた適応的な処理は行わないようにしてもよい。すなわち、第１のサーチマークについて自動ステップが行われステップした位置（図１０（Ｂ）の３３２）でアライメントが成功した場合でも、第２のサーチマークについては初期設定位置（元のサーチ位置４４０）からサーチを行うようにしてもよい。なぜならば、ウエハ回転等のプリアライメント精度の影響によって、第１のサーチマークがたまたま計測エラーになった場合も考えられ、そのような場合においては、第２のサーチマークとしては本来の位置から検出される可能性もあるからである。

このようなサーチ位置自動ステップ処理に適用形態は、製造ラインの特性等に応じて作業者が経験的に設定してよいが、エラーの原因が判別可能な時には、そのエラー原因に基づいて設定するのが好適である。すなわち、先のマークについてエラー種別等が検出されている時は、そのエラーの種別に応じて次のマークのサーチ開始位置を、先のマークのステップ位置（図１０（Ｂ）の４４２）、又は初期設定位置（図１０（Ｂ）の４４０）に自動的に選択、又は使用者がマニュアルで選択できるようにしてよい。

また、このような自動ステップが行われアライメントが成功した位置からのサーチマークのサーチ計測の開始は、ウエハ間においても任意に選択的に適用することができる。
すなわち、例えばロット内の先のウエハ（第１ウエハ）で自動ステップが行われ、ステップした位置でアライメントが成功した場合、次のウエハ（第２ウエハ）あるいは次のウエハ以降のウエハ（第ｎウエハ）の該当（対応する）サーチマークについては、そのステップした位置を初期サーチ開始位置としてサーチ計測を開始するようにしてもよい。サーチエラーが、ロット全体に影響するような原因に起因している場合に、そのような方法とするのが好適である。図１０（Ｃ）を用いて説明すると、第１ウエハ６１０で初期設定位置７１０及び右上へステップした位置７２０でサーチエラーが生じた場合に、初期設定位置７１０から左下にステップした位置７３０でアライメントが成功した場合には、第２ウエハ６２０では、初期設定位置８１０及び右上ステップ位置８２０を飛ばして左下ステップ位置８３０からサーチ計測を開始する。
もちろん、このようなウエハ間のステップ位置の保存処理は行わずに、各ウエハについて設計位置からサーチマークのサーチ計測を開始するようにしてもよいし、生じたエラーの種別に応じてサーチ開始位置を本来の位置か、前のウエハのステップ移動先位置か選択するようにしてもよい。

なお、ステップ方向、ステップ距離及びステップ回数の情報（所定の位置関係情報）、あるいは、ステップ結果の次マークあるいは次ウエハへの適用ルール等は、前述した露光装置１００のデータ処理部５３に記憶される設定ファイル、あるいは、プロセスプログラムファイル（ＰＰファイル）等に予め設定しておく。

実際の条件の記載方法、規定方法は任意である。
例えば、サーチアライメント計測において複数のサーチマークを計測する場合、その各マーク毎に、ステップ方向、ステップ距離、ステップ回数等のステップ条件を個別に設定してもよいし、全てのマークに共通的に条件を設定してもよい。
また、マークが一次元マークか二次元マークか等、マークの種類に応じてステップ方向等の条件を設定してよい。例えば、マークが一次元マークであれば、非計測方向のステップ方向・距離のみを設定しマークの非計測方向のずれのみに対応するような構成であっても十分有効である。なお、ステップ方向、ステップ量については、同一ショット内に付随して設けられている複数のマーク間相互の位置関係（マーク間距離等）に基づいて設定されるのが好ましいが、これに限らず、任意のステップ方向、ステップ量、ステップ回数を使用者が自由に設定できるようにしておいてもよい。

また、マーク探索位置の変更方法及びその指定方法等は、本実施の形態の例に限られるものではない。例えば、元のマーク探索位置を中心としてステップ距離方向（＋方向）の反対方向（−方向）からマーク探索位置を変更するようにしてもよい。また、＋方向あるいは−方向のいずれか一方の方向にのみ、順次ステップ距離分ずつマーク探索位置を変更するようにしてもよい。また、例えば元のマーク探索位置を中心とする二次元平面内において、所定のルールに基づいて規則的に順次マーク探索位置を変更するようにしてもよいし、二次元平面内の不規則に指定した任意の位置を、順次マーク探索位置としてもよい。

前述したように、このようなサーチ位置自動ステップ処理（ステップＳ１３０（図５））を行っても適切にマークが検出されなかった場合には（ステップＳ１３４）、サーチショットの自動変更処理を行う（ステップＳ１４０（図６））。これは、サーチショットを元のショットよりも内側（ウエハの中心寄り）のショットに変更して、再度サーチマークの検出（その変更後のショットに付随して形成されているサーチマークの検出）を行う処理である。サーチエラーの原因が、ウエハローディング時のウエハの回転の影響による場合、ウエハの内側ほど回転による絶対的な位置ずれ量は小さくなり、マークが計測できる可能性が高くなる。そこで、サーチショットをウエハの内側に変更して再度マーク検出を行う。

より具体的には、図１１（Ｃ）に示すように、サーチショットを、当初のショット位置３４０よりも１ショット分中心に近い方の位置３４１に変更して（ステップＳ１４１）、再度（そのショット３４１に付随して設けられている）マーク検出を行う（ステップＳ１４２）。このマーク検出により適切にサーチマークが検出できたら（ステップＳ１４３）、そのマークの位置座標値を検出しそのマークについてのずれ量を検出して（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。

新たなショット位置３４１においてもサーチエラーとなったら（ステップＳ１４３（図６））、サーチショットの位置を、さらに１ショット分ウエハの中心に近い方の位置３４２に変更して（ステップＳ１４１）、再度マーク検出を行う（ステップＳ１４２）。以後同様に、マーク検出が成功するまで（ステップＳ１４３）、あるいはショット領域の移動回数が指定された回数になるまで（ステップＳ１４４）、中心方向にショット位置を移動させる。

ステップＳ１４２で行うマーク検出処理は、各ショットにおける設計位置情報に基づいて、本来のマーク位置からマークを検出する通常のマーク検出を行うものでもよい。また、通常のマーク検出でエラーが発生した場合の前述したようなリカバリー処理を含む処理を１つのショットに対するマークサーチ処理（マーク検出１）と見なして、この一連の処理を行うものでもよい。すなわち、図５に示したステップＳ１１０（ステップＳ１１１）〜ステップＳ１３０（ステップＳ１３４）の処理を１つの処理ユニット（サブルーチン）と見なし、この一連の処理をステップＳ１４２において行うようにしてもよい。
本実施の形態においては、リカバリー処理をも行う後者の方法とする。

サーチショット自動変更処理によっても適切にマークが検出されたなかった場合には（ステップＳ１４３、Ｓ１４４（図６））、ショット位置を元のショット位置の周辺ショットに移動させてサーチを行うサーチアラウンドサーチ処理を行う（ステップＳ１５０）。すなわち、例えば図１２に示すように、サーチショットを、当初のショット位置３４０の図中左上の位置３４４に変更して（ステップＳ１５１）、再度マーク検出を行う（ステップＳ１５２）。このマーク検出により適切にサーチマークが検出されたら（ステップＳ１５３）、そのマークの位置座標値を検出しそのマークについてのずれ量を検出して（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。

新たなショット位置３４４においてもサーチエラーとなったら（ステップＳ１５３）、サーチショットの位置を、当初のショット位置３４０の図中上の位置３４５に変更して（ステップＳ１５１）、再度マーク検出を行う（ステップＳ１５２）。
以後同様に、マーク検出が成功するまで（ステップＳ１５３）、あるいは当初のショット位置３４０の周辺を１周するまで（ショット位置３５０まで）、ショット位置を順次移動させ（ステップＳ１５４、Ｓ１５１）、マーク検出を行う（ステップＳ１５２）。

マークエラーの原因がマーク崩れの場合（ウエハ上に形成されているマークそのものの形状が歪んでいる場合）には、サーチ座標自動ステップ処理と同様に、このように本来のマークの周辺からマークをサーチし、周辺に存在する可能性のある他のマークを検出するのが有効である。

なお、サーチショット自動変更処理と同様に、ステップＳ１５２で行うマーク検出処理は、各ショットにおける設計位置情報に基づく通常のマーク検出でもよいし、図５に示したステップＳ１１０（ステップＳ１１１）〜ステップＳ１３０（ステップＳ１３４）の処理を１つの処理ユニット（マーク検出１）と見なし、この一連の処理を行うものであってもよい。本実施の形態では後者とする。

サーチアラウンドサーチ処理（ステップＳ１５０）を行っても適切にマークが検出されなかった場合には（ステップＳ１５４）、プリアライメントからやりなおす自動ＯＦリトライ処理を行う（ステップＳ１６０（図７））。
すなわち、ウエハを一旦ウエハホルダーからアンロードして再度プリアライメントを行いウエハホルダーに載置し直す（ステップＳ１６１）。そして、再度、指定された最初のショット領域から設計上のマーク座標値に基づいて、サーチマークの検出を開始する（ステップＳ１６２）。
このような方法をとることにより、例えばプリアライメントの際のウエハの載置位置がずれている場合等、そもそも物体の位置がずれている場合等であっても、これを修復し、リカバリーすることができる。

なお、ステップＳ１６２で行うマーク検出処理は、設計位置情報に基づいて指定された所定のショットの所定の領域からマークを検出する通常のマーク検出のみを行うものでもよい。また、通常のマーク検出でエラーが発生した場合の前述したようなリカバリー処理を含むような処理であってもよい。すなわち、前述した設計ショットサーチ（ステップＳ１１０）から、サーチ範囲自動拡張処理（ステップＳ１２０）、サーチ座標自動ステップ処理（ステップＳ１３０）、サーチショット自動変更処理（ステップＳ１４０）を行ってサーチアラウンドサーチ処理（ステップＳ１５０）に至るまでの一連の処理を、プリアライメントされて載置された１つのウエハに対するマークサーチ処理（マーク検出２）と見なして、この一連の処理をこの載置し直したウエハに対して行うようにしてもよい。本実施の形態においては、リカバリー処理をも含む後者を採用する。

プリアライメントを再度行っても、適切にマークが検出されなかった場合は（ステップＳ１６３）、アライメント系の検出（計測）条件を変更しての再検出処理を行う（ステップＳ１７０）。すなわち、例えばＦＩＡ系の照明波長や照明δ値や照明光量の変更、あるいは暗視野・明視野等の切り換え等、光学系の条件を変更して（ステップＳ１７１）、再度、指定された最初のショット領域からサーチマークの検出を行う（ステップＳ１７２）。
このような方法をとることにより、例えばアライメント検出系での検出条件に起因して適切なマークの信号波形が得られない場合等によるエラーのリカバリーを行うことができる。

なお、ここで行うマーク検出処理も、設計位置情報に基づいて指定された所定のショットの所定の領域からマークを検出する通常のマーク検出のみを行うものでもよいし、その通常のマーク検出からサーチアラウンドサーチ処理（ステップＳ１５０）あるいは自動ＯＦリトライ処理（ステップＳ１６０）までの一連の処理を行うようにしてもよい。本実施の形態においては、通常のマーク検出からサーチアラウンドサーチ処理（ステップＳ１５０）までのリカバリー処理までを行う一連の処理（マーク検出２）を行うものとする。

これによりマークが検出されれば（ステップＳ１７３）、そのマークの位置座標値を検出しそのマークについてのずれ量を検出して（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。また、適切にマークが検出されなかった場合は（ステップＳ１７３（図７））、センサー系の交換の処理に移る（ステップＳ１８０）。

センサー系の交換処理（ステップＳ１８０）は、計測に使用するアライメント系をＦＩＡ系からＬＳＡ系に変更し（ステップＳ１８１）、ＬＳＡ系を用いて、再度サーチマークの検出を行う（ステップＳ１８２）ものである。本実施の形態においては、ここでも通常のマーク検出からサーチアラウンドサーチ処理（ステップＳ１５０）までの一連のマーク検出処理（マーク検出２）を行う。
これによりマークが検出されれば（ステップＳ１８３）、そのマークの位置座標値を検出しそのマークについてのずれ量を検出して（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。また、適切にマークが検出されなかった場合は（ステップＳ１８３（図７））、リカバリー処理を終了して、サーチアシストを求める処理（ステップＳ１９０）に移る。
このような方法をとることにより、例えばセンサー系に起因してマークから適切に信号が得られない場合や、マークの形崩れの状態によってセンサー系によってはマークの信号が得られない場合等によるエラーのリカバリーを行うことができる。

サーチアシスト処理（ステップＳ１９０）においては、まず、オペレータの調整・回復処理やエラー状態の解析等のために、それまでのマーク検出処理で得られた信号波形を記憶する（ステップＳ１９１）。
このような方法をとることにより、種々のリカバリー処理を施してもエラーとなったマークについての解析、作業者の調整等を、効率良く迅速に適切に行うことができる。
そして、オペレータ等に対して、回復処理を依頼するアシスト要求を行い（ステップＳ１９２）、サーチアライメント計測処理を終了する（異常終了）。

一方、これまでのステップＳ１１０〜ステップＳ１８０において適切にマークが検出された場合には、各々前述したように、検出したマークの位置のずれ量を検出し（ステップＳ２０１（図８））、次のマークの検出処理に移る（ステップＳ２０２）。
そして、サーチする全てのマークが検出された場合には（ステップＳ２０２）、それら各マークの位置ずれ量に基づいてウエハのずれ量あるいは回転量を算出し、その補正を行う（ステップＳ２０３）。これにより、サーチアライメント計測の処理を完了する（正常終了）。

なお、ステップＳ１１０の設計情報に基づく通常のマーク検出処理によりサーチマークが検出されず、ステップＳ１２０以降のいずれかのリカバリー処理（ステップ１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０それぞれにおいて説明した処理）を行った場合は、最終的にアシストとならずにサーチアライメントを完了した場合であっても、そのサーチアライメント処理（処理内容）の経過（経緯）及び結果をシーケンスログに記憶しておくのが好適である。またその際、必要に応じて、マーク波形信号等も同時に記憶しておくのが好ましい。
さらに、そのような場合には、その後のサーチアラメント計測が効率良く行われるように、プロセスプログラムや、システムパラメータを修正しておくようにしてもよい。

このように、本実施の形態の露光装置１００によれば、サーチアライメント計測の際に、サーチエラーに対応して種々のリカバリー処理が実行されるようになっている。
特に、サーチ座標自動ステップ処理においては、サーチ位置を所定のルールに従って自動的にステップ（移動）させ、移動した位置からサーチマークを検出するようにしている。複数のパターンを積層させるデバイス製造工程においては、検出対象とするマークの周辺に他の層を形成する際に用いられたマークが存在する可能性の高いが、このようなサーチ位置の自動ステップを行うことにより、そのような周辺のマークを有効に利用することができる。すなわち、検出対象のマークが検出できない場合には、その周辺で検出可能な明瞭なマークを検出し、このマークを代用してサーチアライメント計測を行うことができる。

また、本実施の形態の露光装置１００のサーチアライメント計測処理においては、その他にも種々のリカバリー処理が実行されるようになっている。サーチアライメント計測のエラーには、プリアライメントは適切に行われてもそもそもマークが欠損している場合、マークがずれている場合、光学系の影響によりマークの信号が得られない場合等、種々の原因が考えられる。しかしながら、複数のリカバリー処理により、そのいずれが原因のエラーに対しても対応することができ、最終的にサーチアライメント計測が完了される可能性は非常に高い。
すなわち、サーチエラーが生じても、露光装置の動作を停止させることなくサーチアライメント計測を実行し、露光処理を継続すること、すなわち製品の製造を続けることができ、スループットを向上させることができる。

なお、本実施の形態は、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何ら限定するものではない。本実施の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み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、本実施の形態のサーチアライメント計測処理において、例えば図４に示した各リカバリー処理（ステップＳ１２０〜Ｓ１８０）は、前工程（ステップＳ１１０〜Ｓ１７０）におけるエラーの種別に関わらず、サーチエラーとなれば必ず行うものとした。また、各リカバリー処理においても、エラーの種別に関わらず同じ処理を行うものとした。しかしながら、例えば発生したエラーの種別に応じて、これらの処理を選択的に実行するようにしてもよい。

例えば、露光装置１００の何らかの計測データ、検出データ、あるいは、同一ロットの先に処理したウエハの特性等より、特定のマーク（特定の層のマーク）が崩れていることが判明している場合には、例えばサーチ座標自動ステップ処理（ステップＳ１３０）やサーチアラウンドサーチ処理（ステップＳ１５０）を選択的あるいは優先的に行うようにするのも有効である。また、マークずれがエラー原因であることが判明している場合には、サーチショット自動変更処理（ステップＳ１４０）や自動ＯＦリトライ処理（ステップＳ１６０）等を選択的にあるいは優先的に行うのも有効である。

また、前述したサーチ座標自動ステップ処理は、スキャン範囲内にマークが存在することが前提の機能である。従って、プリアライメントの不具合によりマークそのものが見つからない場合には、さらなるリカバリー処理としてスキャン長の自動拡張処理を行うようにしてもよい。

また、サーチ座標自動ステップ処理を行う際のステップ条件等の情報は、前述した実施の形態においてはプロセスプログラムに記載するものとしたが、例えば装置定数として設定する等してもよく、その設定方法は任意である。
また、前述した実施の形態は、本発明のマーク検出方法をサーチアライメントに適用した場合を例示したが、例えばファインアライメントに対しても同様に適用可能である。
また、本発明は図４に示した処理の流れに限定されるものではない。この中の任意の処理を選択的に適用してもよいし、特にＳ１２０〜Ｓ１８０の各ステップについては、各処理の順序を入れ替えてもよい。

また、ステップＳ１３０において既述したような、１枚のウエハ上において（第１サーチマーク）以前のマークに対する検出条件（ステップＳ１３０の場合は、自動ステップ位置）を以降のマーク（第２サーチマーク）に対する検出の際に反映させることや、それと同様なことを異なるウエハにおいても行うことを、前述のステップＳ１４０，Ｓ１５０，Ｓ１７０，Ｓ１８０に関しても適用するようにしてもよい。すなわち、例えば第１サーチマークで検出ＯＫであったセンサーや波長を、第２サーチマークへ検出の際にも使用検出条件として使用したり、あるいは、１枚目のウエハで変更したサーチショットを２枚目のウエハでもサーチショットして検出するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、本発明に係るマーク検出方法及びアライメント方法を露光装置に適用した場合について説明した。しかしながら、露光装置に限られるものではない。本発明は、基板上に形成されたパターンの位置合わせ精度等を計測する位置合わせ計測装置等の任意の計測装置や検査装置に適用可能である。また、電子デバイス等を処理対象とした装置に限られるものではなく、任意の物体上の任意のマークの検出を行う装置、方法に適用可能である。

また、露光装置１００に適用する場合においても、その構成は前述した実施の形態の構成に限られるものではない。例えば、本実施の形態では、サーチアライメント計測を行うアライメント系として、オフアクシス方式のＦＩＡ系（結像式のアライメントセンサ）を用いる場合について説明したが、これに限らずいかなる方式のマーク検出系を用いても構わない。すなわち、ＴＴＲ（Through The Reticle）方式、ＴＴＬ（Through The Lens）方式、またオフアクシス方式のいずれの方式であっても、さらには検出方式がＦＩＡ系等で採用される結像方式（画像処理方式）以外、例えば回折光又は散乱光を検出する方式等であっても構わない。例えば、実施例中に記載したＬＳＡ系を用いてもよいし、あるいはウエハ上のアライメントマークにコヒーレントビームをほぼ垂直に照射し、当該マークから発生する同次数の回折光（±１次、±２次、……、±ｎ次回折光）を干渉させて検出するアライメント系でもよい。この場合、次数毎に回折光を独立に検出し、少なくとも１つの次数での検出結果を用いるようにしてもよいし、波長が異なる複数のコヒーレントビームをアライメントマークに照射し、波長毎に各次数の回折光を干渉させて検出してもよい。

また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に限らず、ステップ・アンド・リピート方式、又はプロキシミティ方式の露光装置（Ｘ線露光装置等）を始めとする各種方式の露光装置にも全く同様に適用が可能である。
また、半導体素子、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド及び撮像素子（ＣＣＤ等）の製造にも用いられる露光装置、及び、レチクルを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハ等に回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
また、露光光ＥＬとしては、ｇ線やｉ線、又は、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２エキシマレーザから出射される光を用いていたが、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）から出射される光のみならず、Ｘ線や電子線等の荷電粒子線を用いることができる。

なお、前述した本発明の実施の形態による露光装置（図１）は、基板Ｗを精度よ高速に位置制御することができ、スループットを向上しつつ高い露光精度で露光が可能となるように、照明光学系、レチクルＲのアライメント系（不図示）、ウエハステージ９、移動鏡１１及びレーザ干渉計１２を含むウエハアライメント系、投影レンズＰＬ等の図１に示された各要素が電気的、機械的又は光学的に連結して組み上げられた後、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造される。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で行うことが望ましい。

図１は、本発明の一実施の形態の露光装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示した露光装置のオフ・アクシス方式のアライメント光学系の指票板の断面図である。 図３は、図１に示した露光装置のオフ・アクシス方式のアライメント光学系のＦＩＡ演算ユニットの構成を示す図である。 図４は、図１に示した露光装置で行う本発明に係るサーチアライメント計測の処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、図４の設計ショットサーチ〜サーチ位置自動ステップ処理の詳細な流れを示すフローチャートである。 図６は、図４のサーチショット自動変更及びサーチアラウンドサーチ処理の詳細な流れを示すフローチャートである。 図７は、図４の自動ＯＦリトライ〜サーチアシスト処理の詳細な流れを示すフローチャートである。 図８は、図４のずれ量等算出処理の詳細な流れを示すフローチャートである。 図９は、図４のサーチ範囲自動拡張処理及びサーチ座標自動ステップ処理を説明するための図である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、図４のサーチ座標自動ステップ処理を説明するための図である。 図１１（Ａ）は、ショット毎に付随して設けられたサーチマークの配置関係を示すものであり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の断面図であり、図１１（Ｃ）は、図４のサーチショット自動変更処理を説明するための図である。 図１２は、図４のサーチアラウンドサーチ処理を説明するための図である。

符号の説明

１００…露光装置
１…コンデンサレンズ ２…レチクルステージ
３…ベース ４…駆動装置
５…ミラー ６…対物レンズ
７…マーク検出系 ８…ウエハホルダー
９…ウエハステージ １０…基準マーク
１１…移動ミラー １２…レーザ干渉計
１３…ステージコントローラ １４…駆動系
１５…主制御系 １６…レーザ光源
１７…ビーム整形光学系 １８，２０，２３…ミラー
１９…レンズ系 ２１…ビームスプリッタ
２２…対物レンズ ２４…受光素子
２５…ＬＳＡ演算ユニット ２６…ハロゲンランプ
２７…コンデンサレンズ ２８…光ファイバー
２９…フィルタ ３０，３５…レンズ系
３１…ハーフミラー ３２，３８…ミラー
３３…対物レンズ ３４…プリズム（ミラー）
３６…指票マーク ３７，３９…リレー系
４０…イメージセンサー
４１…ＦＩＡ演算ユニット
５０…画像信号記憶部 ５２…テンプレートデータ記憶部
５３…データ処理部 ５４…制御部

Claims (16)

1. 物体上に形成された複数のマークを検出するマーク検出方法であって、
   前記物体上の、マーク検出処理を行う第１位置と、該第１とは異なる第２位置とを予め設定し、
   前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記物体上において前記第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置を、該第１位置に代わる再検出位置として設定し、
   前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出位置を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始することを特徴とするマーク検出方法。
2. 第１及び第２物体上にそれぞれ形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、
   前記第１物体上のマーク検出処理を行う第１位置と、前記第２物体上の該マーク検出処理を行う第２位置とを予め設定し、
   前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記第１物体上において該第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置を、該第１位置に代わる再検出位置として設定し、
   前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記第２物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出処理を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始することを特徴とするマーク検出方法。
3. 前記マーク検出処理の失敗又は成功の判別は、前記マーク検出時にマーク検出系を介して取得した光電変換信号のレベルに基づいて行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のマーク検出方法。
4. 前記物体上には複数の区画領域が形成されており、該各区画領域には前記マークがそれぞれ複数個付随して設けられており、
   前記所定の位置関係は、前記複数の区画領域のうちのいずれか１つの区画領域に付随して設けられた複数のマークの相互の位置関係に基づいて設定された位置関係であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマーク検出方法。
5. 前記複数のマークはそれぞれ、前記物体上に積層されている互いに異なるレイヤ上に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のマーク検出方法。
6. 前記物体上には複数の区画領域が形成されており、該各区画領域には前記マークがそれぞれ付随して設けられており、
   前記所定の位置関係は、前記複数の区画領域のうちの第１の区画領域に付随して設けられたマークと、該第１の区画領域とは異なる第２の区画領域に付随して設けられたマークとの相互の位置関係に基づいて設定された位置関係であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマーク検出方法。
7. 前記第３位置は前記２の区画領域に存在し、前記第１位置は前記第１の区画領域に存在しており、
   前記第２の区画領域は、前記第１の区画領域よりも、前記物体上の中心寄りに存在する区画領域であることを特徴とする請求項６に記載のマーク検出方法。
8. 前記第１の区画領域に対する前記マーク計測処理に失敗した場合には、該第１の区画領域の周囲に配置される複数の区画領域を、前記第２の区画領域として順次選択していくことを特徴とする請求項６に記載のマーク検出方法。
9. 前記マーク検出処理を、所定のマーク検出系を介して行うものであって、
   前記第３位置で前記マーク検出処理を行った際に設定されていた前記マーク検出系の検出条件と同一の検出条件下で、前記第４位置でのマーク検出処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマーク検出方法。
10. 前記マーク検出処理を実行可能な互いに独立した複数のマーク検出系のうちの少なくとも１つのマーク検出系を選択して、前記第３位置での前記マーク検出処理を実行した場合には、その選択したマーク検出系を用いて前記第４位置でのマーク検出処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマーク検出方法。
11. 前記再検出位置でのマーク検出処理に失敗した場合には、マーク検出位置の変更及び当該変更した位置での前記マーク検出処理を、指定した回数を限度として繰り返し行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のマーク検出方法。
12. 前記第１位置でのマーク検出処理に失敗した時点から前記第３位置でのマーク検出処理に成功するまでの、マーク検出処理の変更経過、及び各処理時に得られたマーク検出時の信号波形のうちの少なくとも一方を、記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のマーク検出方法。
13. マスク上のパターンを基板上に転写する露光方法であって、
    前記物体としての前記基板上に形成された前記マークを、請求項１〜１２のいずれかに記載のマーク検出方法で検出し、
    その検出結果に基づいて前記基板の位置決めを行い、
    その位置決めされた基板上に前記パターンを転写露光することを特徴とする露光方法。
14. 物体上に形成された複数のマークを検出するマーク検出装置であって、
    予め設定された、前記物体上の、マーク検出処理を行う第１位置と、該第１とは異なる第２位置とを記憶する記憶手段と、
    前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記物体上において該第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置を、該第１位置に代わる再検出位置として設定する変更手段と、
    前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出処理を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始する制御手段と、を有することを特徴とするマーク検出装置。
15. 第１及び第２物体上にそれぞれ形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、
    予め設定された、前記第１物体上の前記マーク検出処理を行う第１位置と、前記第２物体上の該マーク検出処理を行う第２位置とを記憶する記憶手段と、
    前記第１位置での前記マーク検出処理に失敗した場合には、前記第１物体上において該第１位置と所定の位置関係を持つ第３位置を、該第１位置に代わる再検出位置として設定する変更手段と、
    前記第３位置での前記マーク検出処理に成功した場合には、前記第２物体上において前記第２位置と前記所定の位置関係を持つ第４位置を設定すると共に、該第２位置での前記マーク検出処理を経ることなく該第４位置での該マーク検出処理を開始する制御手段と、を有することを特徴とするマーク検出装置。
16. マスク上のパターンを基板上に転写する露光装置であって、
    前記物体としての前記基板上に形成された前記マークを検出する、請求項１４又は１５に記載のマーク検出装置と、
    前記マーク検出装置の検出結果に基づいて前記基板の位置決めを行う位置決め装置と、を有し、その位置決めされた基板上に前記パターンを転写露光することを特徴とする露光装置。
    

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