JP3590916B2 - 位置決め方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置でマスク上のパターンを感光基板上に露光する際の感光基板の位置決め方法に関し、特に露光装置のステージ上で感光基板の大まかな位置決め（プリアライメント）を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子又は液晶表示素子等を製造する際に使用される投影露光装置（ステッパー等）、又はプロキシミティ方式の露光装置等の露光装置においては、マスクとしてのレチクル上に形成された回路パターンを感光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写するために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。
【０００３】
このためのアライメントセンサとしては、特開平５−２１３１４号公報に開示されているように、レーザ光をウエハ上のドット列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を用いてそのマークの位置を検出するＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ハロゲンランプを光源とする波長帯域幅の広い光で照明して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計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、あるいはウエハ上の回折格子状のアライメントマークに、例えば周波数を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置を計測するＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等のアライメントセンサがある。また、アライメント方式は、投影光学系を介してウエハの位置を測定するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、投影光学系及びレチクルを介してレチクルとウエハとの位置関係を測定するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式、及び投影光学系を介することなく直接ウエハの位置を測定するオフ・アクシス方式に大別される。
【０００４】
これらのアライメントセンサによりウエハステージ上に載置されたウエハの少なくとも２点の位置検出を行うことにより、並進方向ばかりでなく回転方向の位置（回転角）の検出も行われる。ウエハの回転角の計測にも使用されるセンサとしては、ＴＴＬ方式でＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ＴＴＬ方式でＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、又はオフ・アクシス方式でＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサ等がある。
【０００５】
露光装置に対しては、これらのアライメントセンサの検出結果よりレチクルとウエハとを高精度に位置合わせするのと同時に、このアライメントに要する時間を短縮し、高いスループット（単位時間当たりのウエハの処理枚数）を維持することも求められている。従ってウエハをウエハステージへ搬送する段階から最終露光に至る全ての段階で処理効率を高めることが必要となる。ここで、従来の露光装置における最終的なアライメントに至る前のウエハの受け渡し工程における動作について、図１７を参照して説明する。
【０００６】
図１７は、従来の露光装置におけるウエハの受け渡し機構を説明するためのウエハステージ周辺の構成を示し、この図１７においてウエハ搬送装置（不図示）から、Ｘステージ１１上の伸縮機構２０を介して設けられたセンターアップ１９上にウエハ６が受け渡された状態が示されている。センターアップ１９は、試料台９、θ回転補正機構８、及びウエハホルダ７の開口にそれぞれ遊嵌する３本のスピンドル部（図１７ではその内２本のスピンドル部１９ａ，１９ｂを示す）を有し、伸縮機構２０の上下の移動により３本のスピンドル部が、ウエハホルダ７との間でウエハ６の受け渡しを行うためにウエハ６を上下させるようになっている。また、センターアップ１９のウエハの裏面との３箇所の接触部は外部の真空ポンプにより吸引（真空吸引）されており、センターアップ１９を上下させるときにウエハ６がずれないようになっている。
【０００７】
そして、従来はセンターアップ１９を降下させてウエハ６をウエハホルダ７上に載置した後、例えば複数本のピンに対してウエハ６の側面を押し当てることによって、接触式のプリアライメントが行われていた。このプリアライメントによって、ウエハ６の回転方向、及び並進方向の大まかな位置決めが行われた後、ウエハホルダ７上にウエハ６が真空吸着されていた。
【０００８】
このように、ウエハ６がウエハホルダ７上に真空吸着により静置された後、ＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式等のアライメントセンサによってウエハ６の表面の両端に形成されているアライメントマーク（サーチマーク）の検出信号を生成し、例えばその検出信号がピークとなるときの、試料台９の端部に固定された移動鏡１３と外部のレーザ干渉計とにより計測される試料台９の座標を求めることにより、ウエハステージ系の座標系上でのウエハの横ずれ誤差、及び回転誤差が算出される。その結果に基づいて試料台９上のθ回転補正機構（θテーブル）８を駆動してウエハ６の回転誤差を取り除き、レチクルとウエハ６との回転方向の位置合わせ（サーチアライメント）を行う構成となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の如き従来の技術においては、ウエハステージ系の座標系の基準となる移動鏡１３を設置した試料台９とウエハ６との間にウエハを回転させるためのθ回転補正機構８が設けられているので、ウエハ６を吸着するウエハホルダ７の真空系の吸着力が弱い場合にウエハ６の横ずれが発生したり、試料台９上に複雑な機構が設けてあるのでステージ全体の剛性が弱くなったり、ステージ全体の重量が増すことによりステージ制御性能が向上しないという不都合があった。そこで、例えばθ回転補正機構を試料台９の下に配置することも考えられるが、θ回転補正機構を駆動してウエハ６の回転角を調整するときに、試料台９上の移動鏡１３に入射するレーザ干渉計からの光ビームの角度が変化するので、θ回転補正機構８の回転角が制限され、例えばウエハのプリアライメント精度が悪い場合、それを十分に修正できないという不都合があった。
【００１０】
更に、従来の露光装置ではウエハホルダ７上にウエハ６を吸着した後、上述のようにＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式の１つのアライメントセンサによりウエハ６上の２箇所のアライメントマーク（サーチマーク）の位置を検出して、ウエハの横ずれ誤差及び回転誤差を検出していた。しかしながら、そのように１つのアライメントセンサによって２箇所のアライメントマークを検出する場合、各マークが順次そのアライメントセンサの検出領域に入るようにウエハ６を移動する必要があり、１ロット内の全部のウエハについてそのような動作を繰り返すことは露光工程のスループットを低下させる要因となっていた。また、これを回避するために、それら２箇所のアライメントマークを同時に検出するように２つのアライメントセンサを配置するのは、露光装置に設けられた２つのアライメントセンサの配置によって、ウエハ上の２つのアライメントマークの配置が制約を受けてしまうため、例えば大きさの異なるウエハ等への対応が困難であるという不都合がある。
【００１１】
これに関して、２つのアライメントセンサの間隔を可変にする機構も考えられるが、このような可変機構は複雑であり、各種センサ等が配置されているウエハステージの周辺には配置しにくいと共に、製造コストが大幅に上昇するという不都合もある。
また、従来はウエハをウエハホルダ７上に載置した後、接触式のプリアライメント機構を用いてウエハの大まかな位置決めが行われていたが、このようにウエハをウエハホルダ７上に載置した後にプリアライメントを行うのでは、スループットを高められないという不都合があった。但し、仮に新たに高いスループットが得られるプリアライメント機構が提案された場合でも、既に接触式のプリアライメント機構を備えた他の露光装置とのマッチングを取れることが望ましい。
【００１２】
本発明は斯かる点に鑑み、ウエハステージの構成が簡略化でき、それによりウエハステージの剛性向上及び軽量化を図ることができ、結果として例えばウエハローダ系からウエハステージにウエハを載置する際のウエハの位置決めを高速且つ高精度に行うことができる位置決め方法を提供することを目的とする。
更に本発明は、例えば接触式のプリアライメントを行う他の露光装置との間で、プリアライメント時の高いマッチング精度を得ることができる位置決め方法を提供することをも目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の位置決め方法は、２次元的に移動自在な基板ステージ（１１，１２）上に保持された実質的に円形で外周部の一部に切り欠き部（ＦＰ；ＮＰ）を有する感光基板（６；６Ｎ）上にマスクパターンを転写する際の前処理工程として、基板ステージ（１１，１２，２９）上にその感光基板を位置決めするための位置決め方法において、感光基板（６；６Ｎ）を基板ステージ（１１，１２，２９）の上方の所定の受け渡し点に搬送するものである（ステップ１０１，１０２）。
【００１４】
更に本発明は、この受け渡し点でその感光基板の外周部の切り欠き部（ＦＰ；ＮＰ）に設定された１箇所以上の計測点（Ｆ；Ｃ１，Ｄ１）、及びその感光基板の外周部の他の１箇所以上の計測点（Ｃ，Ｄ；Ｆ１）の位置をそれぞれ２次元画像処理系（５０，５１，５２）を用いて非接触に計測すると共に（ステップ１０３）、それら２次元画像処理系の観察視野（８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ）内に接触式の位置決め方式でその感光基板をその基板ステージ上で位置決めする際の基準位置に対応する仮想的位置（Ａ，Ｂ，Ｅ；Ａ１，Ｂ１，Ｅ１）を設定し、それら２次元画像処理系により計測されるそれら計測点の位置のその仮想的位置からのずれ量、及びその感光基板を所望の角度回転してその受け渡し点からその基板ステージ上に設定するための基板昇降手段（３５〜３８）について予め計測された回転中心の座標より、その感光基板をその基板ステージ上に載置したときのその感光基板の位置を予測し（ステップ１０４）、このように予測された結果に基づいて、その感光基板をその基板ステージ上でその接触式の位置決め方式で位置決めした場合と同じ位置に位置決めする（ステップ１０６）ものである。
【００１５】
斯かる本発明によれば、基板ステージ（１１，１２，２９）から離れた位置にある感光基板（６，６Ｎ）の受け渡し点で例えばその感光基板の回転誤差が検出されるため、例えばその受け渡し点からその感光基板をその基板ステージ上に載置する際に、基板昇降手段（３５〜３８）を介してその回転誤差を補正することができる。従って、その基板ステージ側には回転補正機構を設ける必要がなくなり、その基板ステージの構成が簡略化でき、それによりその基板ステージの剛性向上及び軽量化を図ることができ、結果として例えば基板搬送系（ウエハローダ系等）からその基板ステージ上に感光基板を載置する際の感光基板の位置決めを高速且つ高精度に行うことができる。
【００１６】
また、２次元画像処理系（５０，５１，５２）の観察視野（８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ）内に接触式の位置決め方式でその感光基板をその基板ステージ上で位置決めする際の基準位置に対応する仮想的位置（Ａ，Ｂ，Ｅ；Ａ１，Ｂ１，Ｅ１）を設定し、その感光基板上の計測点の対応する仮想的位置からの位置ずれ量に基づいてその感光基板の位置決めを行っているため、接触式の位置決め（プリアライメント）を行う他の露光装置との間で、その大まかな位置決めを行う際（プリアライメント時）の高いマッチング精度を得ることができる。
【００１７】
この場合、その感光基板の外周部のその切り欠き部が１つの楔状の切り欠き部（ＮＰ）であるときには、それら２次元画像処理系による計測点は、切り欠き部（ＮＰ）に１箇所（Ｆ）、及びそれ以外のその感光基板の外周部に２箇所（Ｃ，Ｄ）設定されることが望ましい。これはその切り欠き部がノッチ部のような凹部であることを意味するが、この場合にそれら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【００１８】
一方、その感光基板の外周部のその切り欠き部がエッジが平坦な１つの切り欠き部（ＦＰ）であるときには、それら２次元画像処理系による計測点は、切り欠き部（ＦＰ）に２箇所（Ｃ１，Ｄ１）、及びそれ以外のその感光基板の外周部に１箇所（Ｆ１）設定されることが望ましい。これはその切り欠き部がオリエンテーションフラット部のような平坦な切り欠き部であることを意味するが、この場合にそれら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【００１９】
また、感光基板（６；６Ｎ）を基板ステージ（１１，１２，２９）上に載置したときのその感光基板の位置を予測する際に、その感光基板をそのまま基板昇降手段（３５〜３８）を介してその基板ステージ上に載置した際のその接触式の位置決め方式で位置決めした場合との回転誤差、及び位置ずれ量を求め、その基板昇降手段を介してその感光基板をその基板ステージ上に載置する際にその回転誤差を補正し、その感光基板をその基板ステージ上に載置した後、その基板ステージを介してその位置ずれ量を補正することが望ましい。これによって、その基板ステージの構成を簡略化して、その感光基板の位置決めを高速に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による位置決め方法の実施の形態の一例につき、図１〜図１６を参照して説明する。本例は、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショット領域に縮小投影するステッパー型の投影露光装置でウエハのロード、及びアライメントを行う場合に本発明を適用したものである。
【００２１】
図３は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図３において、水銀灯等からなる光源、フライアイレンズ、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学系ＩＡからの照明光ＩＬのもとで、レチクル１上のパターンが投影光学系３を介して例えば１／４や１／５に縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハ６の各ショット領域に投影露光される。以下、図３の投影光学系３の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図３の紙面に平行にＸ軸を、図３の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００２２】
レチクル１は、レチクル架台３１上に載置されたレチクルステージ３２上に保持されている。レチクルステージ３２は不図示のレチクル駆動系によりＸＹ平面での並進移動及びθ方向（回転方向）への回転ができるようになっている。レチクルステージ３２の上端部にはＸ方向、Ｙ方向共に移動鏡３３が設置されており、移動鏡３３とレチクル架台３１上に固定されたレーザ干渉計３４とによってレチクルステージ３２のＸ方向、Ｙ方向の位置が例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出され、同時にレチクルステージ３２の回転角も検出されている。レーザ干渉計３４の測定値はステージ制御系１６に送られ、ステージ制御系１６はその情報に基づいてレチクル架台３１上のレチクル駆動系を制御する。また、ステージ制御系１６から中央制御系１８にレーザ干渉計３４の測定値の情報が供給されており、中央制御系１８はその情報に基づいてステージ制御系１６を制御する構成となっている。
【００２３】
一方、ウエハ６は、Ｘステージ１１上の試料台２９に固定されたウエハホルダ３０上に真空吸着により保持されている。試料台２９はウエハ６の、投影光学系３の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）の位置及びチルト（傾き）を補正するＺチルト駆動部（本例では３個のそれぞれＺ方向に移動される部材よりなる）１０に支持され、Ｚチルト駆動部１０はＸステージ１１上に固定されている。また、Ｘステージ１１はＹステージ１２上に載置され、Ｙステージ１２はウエハベース１４上に載置され、それぞれ不図示のウエハステージ駆動系を介してＸ方向及びＹ方向に移動できるように構成されている。また、試料台２９の上端部にはＬ字型の移動鏡１３が固定され、この移動鏡１３と移動鏡１３に対向する方向に配置されたレーザ干渉計１７とにより試料台２９のＸ方向、Ｙ方向の座標及び回転角が検出される。レーザ干渉計１７で計測される座標（Ｘ，Ｙ）により規定される座標系をウエハステージの座標系（ステージ座標系）（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。
【００２４】
レーザ干渉計１７の測定値はステージ制御系１６に送られ、ステージ制御系１６はその情報に基づいてウエハステージ駆動系を制御する。また、ステージ制御系１６から中央制御系１８にレーザ干渉計１７の測定値の情報が供給されており、中央制御系１８はその情報に基づいてステージ制御系１６を制御する構成となっている。また、ウエハステージの近傍にはウエハを受け渡しするためのウエハ搬送装置３９（図４（ａ）参照）が配置され、ウエハステージ内にはウエハの受け渡し機構が備えられているが、これについては後で詳しく説明する。
【００２５】
更に、本例の投影露光装置にはレチクル１とウエハ６との位置合わせを行うためのＴＴＬ方式のアライメントセンサ４、及びオフ・アクシス方式でＦＩＡ（撮像方式）方式の２つのアライメントセンサ５Ａ及び５Ｂが備えられている。本例のアライメントセンサ４の中には、ＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサと、ＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサとが並列に組み込まれており、必要なアライメント精度等に応じて何れかの方式を使用する。アライメント時には、これらのアライメントセンサ４，５Ａ，５Ｂの何れかによりウエハ６上に形成されたアライメントマークの位置、又は所定のパターンの位置を検出し、その検出結果に基づき、常時ウエハ６の各ショット領域に前工程で形成されたパターンとレチクル上のパターンとを正確に位置合わせする。これらのアライメントセンサ４，５Ａ，５Ｂからの検出信号はアライメント制御系１５によって処理され、アライメント制御系１５は中央制御系１８により制御されている。また、試料台２９上に、ウエハ６の表面と同じ高さの表面を有する基準マーク部材４３が固定され、基準マーク部材４３の表面にはアライメントの基準となるマークが形成されている。
【００２６】
以上のように、ステージ制御系１６及びアライメント制御系１５は中央制御系１８により制御され、中央制御系１８が投影露光装置の全体を統轄的に制御して、一定のシーケンスで露光動作が行われる構成となっている。
次に、本例では投影光学系３のウエハ側の端部付近に３個のオフ・アクシス方式の２次元の画像処理装置５０，５１，５２が配置されている。これらの画像処理装置５０〜５２はそれぞれ、ウエハが後述のようにウエハホルダ３０の上方のローディングポジション（受け渡し位置）に搬送されたときに、ウエハの外周部のエッジ部の像を撮像するものである。画像処理装置５０〜５２からの撮像信号がアライメント制御系１５に供給され、アライメント制御系１５では供給された撮像信号からその受け渡し位置にあるウエハの横ずれ誤差、及び回転誤差を算出する。画像処理装置５０〜５２の配置及び構成については後述する。
【００２７】
次に、ウエハ搬送系及びウエハステージ上のウエハの受け渡し機構について図４を参照して説明する。なお、ウエハステージはウエハホルダ３０、試料台２９、Ｚチルト駆動部１０、Ｘステージ１１、Ｙステージ１２、及びウエハベース１４を総称するものである。
図４（ａ）は本例のウエハ搬送系及びウエハステージ周辺の構成の平面図、図４（ｂ）はその側面図を示す。図４（ａ）及び（ｂ）において、ウエハステージの−Ｘ方向の上方には、ウエハを受け渡しするためのウエハ搬送装置３９が配置されている。ウエハ搬送装置３９はＸ方向に直列に並んだウエハアーム２１，２２、それらのウエハアーム２１，２２を所定の位置までスライドさせるスライダー２３、及びウエハアーム２１，２２を駆動する不図示のアーム駆動系から構成されている。また、スライダー２３は露光装置本体とは独立に設置されており、スライダー２３の駆動時の振動が露光装置本体側に伝わらないようになっている。更に、２つのウエハアーム２１，２２は共にＵ字状の平板部を有し、それらの上表面にウエハが載置されるようになっている。これらの２つのウエハアーム２１，２２により露光後のウエハをアンロード（搬出）すると同時に、次のウエハをロードできるようになっている。
【００２８】
即ち、ウエハアーム２１，２２は、ローダ制御装置２４からの指令に基づき、スライダー２３に沿って、ウエハがウエハステージ系に受け渡されるローディングポジションまで移動し、ウエハアーム２２により露光された前のウエハ６Ａを搬出する。その後、ウエハアーム２１により次に露光されるウエハ６をウエハステージ上に移動し、センターアップ３８上に載置する。図４（ｂ）は、スライダー２３上のウエハアーム２２に露光済みのウエハ６Ａが載置され、ウエハアーム２１からセンターアップ３８の先端部にウエハ６が渡された状態を示している。
【００２９】
センターアップ３８は、Ｘステージ１１上に設けられた伸縮機構３５に支持され、試料台２９、及びウエハホルダ３０の開口にそれぞれ遊嵌する３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃを有し、伸縮機構３５の上下方向（Ｚ方向）への移動により３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃがウエハを上下させてウエハの受け渡しが行われる。３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端にはそれぞれ真空吸着用の吸着孔が形成され、それらの先端はウエハの受け渡し時にはウエハアーム２１，２２との間で受け渡しのできる高さまで移動し、ウエハをウエハホルダ３０上に載置する際には、ウエハホルダ３０の表面より低い位置まで移動する。また、スピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端を真空吸引することにより、センターアップ３８を上下させるときにウエハがずれないようになっている。
【００３０】
また、その伸縮機構３５はその中心軸３５Ｚを中心としてＸＹ平面上で回転自在に支持され、Ｘステージ１１上に設けられた回転駆動系３６により回転する駆動軸３７と係合して、回転駆動系３６を制御する中央制御系１８からの指令により所望の角度まで回転できるようになっている。この回転駆動系３６、駆動軸３７、及び伸縮機構３５からなる回転系は十分な角度設定分解能を持っており、一例として２０μｒａｄの精度でウエハ６を上から見て時計回り、又は反時計回りの何れにも回転させることができる。
【００３１】
また、図４（ｃ）はウエハ搬送系のターンテーブル６０を示し、この図４（ｃ）において、ターンテーブル６０上のウエハ６が図４（ｂ）のウエハアーム２１を介してセンターアップ３８に渡される。また、ターンテーブル６０の近傍にスリット状の光ビームをウエハ６の外周部に照射する投光部６１ａと、ウエハ６の外周部を通過した光ビームを受光して光電変換する受光部６１ｂとを含む偏心センサ６１が配置され、受光部６１ｂからの検出信号Ｓ１が図４（ｂ）の中央制御系１８に供給されている。なお、本例の受光部６１ｂは１個のフォトダイオードよりなるが、それ以外に例えば１次元のラインセンサ等を使用して直接ウエハの外周部の位置を検出してもよい。この場合、本例のウエハ６は、図４（ａ）に示すように外形が円形で、外周部の一部が平坦なオリエンテーションフラット部ＦＰに加工されているものである。
【００３２】
そのため、図４（ｃ）において、ターンテーブル６０によりウエハ６を吸着保持した状態で回転すると、ウエハ６の偏心及びオリエンテーションフラット部の存在によって偏心センサ６１内を通過するウエハ６の幅が変化する。そして、図４（ｄ）に示すように、ターンテーブル６０の回転角φに対して受光部６１ｂから出力される検出信号Ｓ１は、正弦波状で、且つオリエンテーションフラット部に対応する部分６２で低レベルとなるように変化する。中央制御系１８では、その検出信号Ｓ１及びターンテーブル６０の回転角φより、偏心センサ６１の中心にそのオリエンテーションフラット部が位置しているときの回転角φＦ 、及びウエハ６の偏心量を求め、そのオリエンテーションフラット部が所定の方向になるようにしてターンテーブル６０を静止させる。また、中央制御系１８は、その偏心量の情報に基づいて、そのウエハ６をローディングポジションで受け取る際のウエハ用の試料台２９の位置を調整する。
【００３３】
更に、中央制御系１８では、図４（ｄ）に示すように、上述の３個の画像処理装置５０〜５２による計測点に対応する回転角φＡ，φＢ，φＣ における検出信号Ｓ１、及び所定の回転角φＤ における検出信号Ｓ１をデジタルデータとして記憶しておく。これに関して、例えば露光装置の仕様上で回転角φＡ，φＢ，φＣ に対応する計測点でのウエハ６の位置を計測する必要があるときでも、露光装置のウエハステージの構造上で回転角φＣ に対応する位置には画像処理装置５２を配置することが困難で、回転角φＤ に対応する位置に画像処理装置５２を配置せざるを得ないことがある。更には、画像処理装置を３個ではなく２個しか配置できないような場合もあり得る。先ず、前者の場合には、中央制御系１８では、例えば回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ での検出信号Ｓ１の値、及び回転角φＡ，φＢ，φＤ に対応する計測点でのウエハ６の外周部の位置の計測値より、回転角φＣ に対応する計測点での計測値を推定し、この推定値を用いてウエハ６の横ずれ量や回転誤差を算出する。また、後者の場合には、中央制御系１８では、回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ での検出信号Ｓ１の値、及び例えば回転角φＢ，φＤ に対応する計測点でのウエハ６の外周部の位置の計測値より、回転角φＡ，φＣ に対応する計測点での計測値を推定し、これらの推定値を用いてウエハ６の横ずれ量や回転誤差を算出する。
【００３４】
一般にこのような算出方法は、他の露光装置に位置決めピンを使用した機械的なプリアライメント機構が搭載されている場合等で、回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ に対応する位置が、機械的な基準位置となっているときのマッチング用として使用される。但し、本例では後述のように、接触式のプリアライメント機構を用いてプリアライメントを行う場合とほぼ同一の計測点において、２次元の画像処理装置５０〜５２を介してウエハ６の位置を計測することができるため、図４（ｃ）に示す偏心センサ６１を用いて接触式のプリアライメント機構とのマッチングを行う必要があるのは、主に画像処理装置５０〜５２による観察視野をその接触式のプリアライメント機構のピンの位置の近傍に設定できない場合である。
【００３５】
次に、画像処理装置５０〜５２の配置及び構成について詳細に説明する。
先ず、図５（ａ）はローディングポジションにあるウエハ６を示し、この図５（ａ）において、ウエハ６の外周の３箇所のエッジ部に図３の３個の画像処理装置５０，５１，５２のそれぞれの観察視野５０ａ，５１ａ，５２ａが設定されている。なお、実際の画像処理の対象（観察視野）は矩形領域であるが、説明の便宜上円形領域として表している。この場合、２個の観察視野５０ａ及び５１ａがオリエンテーションフラット部ＦＰ上に設定され、残りの１個の観察視野５２ａが円周上に設定されている。このようにウエハ６の外周の３箇所のエッジ部の位置を検出することにより、ウエハ６の受け渡し後に瞬時にウエハ６のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量（横ずれ量）、及び回転誤差の検出、即ちプリアライメント用の検出が行われる。
【００３６】
そのように横ずれ量、及び回転誤差が検出された場合、Ｘ方向、Ｙ方向の位置ずれの補正は、ウエハ６がウエハホルダ３０上に載置された後に実行される後述のサーチアライメント時の検出位置を調整することで行われる。一方、回転誤差の補正は、図４（ｂ）において、センターアップ３８が下降してウエハ６がウエハホルダ３０に接触する前に、回転駆動系３６を介してセンターアップ３８を回転することにより行われる。
【００３７】
また、ウエハの中にはオリエンテーションフラット部の代わりに、図５（ｂ）に示すように円形の外周の一部にＶ字型のノッチ部ＮＰが形成されたウエハ６Ｎもある。このようなウエハ６Ｎに対しては、それら３個の観察視野５０ａ〜５２ａは、１個の観察視野５１ａがノッチ部ＮＰを覆い、他の２個の観察視野５０ａ，５２ａが円形の外周のエッジ部を覆うように設定される。この配置により、ウエハ６の受け渡し後に瞬時に、ノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎの横ずれ量、及び回転誤差が検出される。
【００３８】
図６は、本例の画像処理装置５０の一例の構成を示し、この図６において、ランプ、又は発光ダイオード等の光源５８からのフォトレジストに対する感光性の弱い波長帯の照明光が、光ガイド５７の一端に集光される。そして、光ガイド５７の他端から射出された照明光が、コリメータレンズ５６、ハーフプリズム５４、及び対物レンズ５３を介して、３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端上のローディングポジションにあるウエハ６の外周のエッジ部に照射されている。そのエッジ部からの反射光が、対物レンズ５３、ハーフプリズム５４、及び結像レンズ５５を経て２次元ＣＣＤ等からなる撮像素子５９の撮像面にそのエッジ部の像を形成する。撮像素子５９からの撮像信号がアライメント制御系１５に供給され、アライメント制御系１５ではその撮像信号よりウエハ６の検出対象のエッジの位置を求める構成となっている。
【００３９】
また、図１２は本例の画像処理装置５０の別の構成例を示す。この図１２において、ランプ又は発光ダイオード等の不図示の光源からのフォトレジストに対する感光性の弱い波長帯の照明光が、光ガイド７２の一端に集光される。そして、光ガイド７２の他端から射出された照明光が偏向ミラー７３により折り曲げられて、試料台２９Ａの上面の開口部７５を通して射出される。試料台２９Ａ上に配置されたウエハホルダ３０Ａには、その開口部７５を通過した照明光を通すための切り欠き部７４が設けてあり、３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端上のローディングポジションにあるウエハ６の外周のエッジ部に開口部７５、切り欠き部７４を通過した照明光が照射されるように構成されている。そして、そのエッジ部の近傍を透過した照明光が対物レンズ５３Ａ、結像レンズ５５Ａを経て、２次元ＣＣＤ等からなる撮像素子５９の撮像面にそのエッジ部の像を形成する。撮像素子５９からの撮像信号がアライメント制御系１５に供給され、アライメント制御系１５ではその撮像信号よりウエハ６の検出対象のエッジの位置を求める構成となっている。
【００４０】
前記の何れの画像処理装置を使用しても、ウエハ６はセンターアップ３８（スピンドル部３８ａ〜３８ｃ）上に載置されているため、図６の２点鎖線で示すようにウエハ６の外周のエッジ部は僅かに下方（−Ｚ方向）に撓んでいる。また、ウエハ６の厚さのばらつきによりその撓み量が異なるため、その対物レンズ５３及び結像レンズ５５よりなる結像光学系は、テレセントリック光学系で、且つ焦点深度が大きい開口数ＮＡを有する必要がある。照明光の波長をλとすると、焦点深度はほぼλ／ＮＡ２ に比例するため、開口数ＮＡを小さくすることにより大きな焦点深度が得られ、その結果としてウエハ６の中で最も大きく撓んでいる部分のエッジ部をも正確に検出できるようになる。例えば、照明光の波長λが０．６３３μｍの場合には、開口数ＮＡを０．０３程度にすれば、０．５ｍｍ以上の焦点深度が得られ、２０μｍ程度の分解能が得られる。一般に、分解能の１／１０程度が検出能力となるので、検出能力は２μｍ程度となり、高精度なアライメントが可能となる。
【００４１】
なお、例えば図５（ａ）において、特に正確に接触式のプリアライメント機構とのマッチングを取る必要が無い場合には、オリエンテーションフラット部ＦＰや、ウエハの外周の通常のエッジ部の位置検出を行うためには必ずしも２次元の画像処理を行う必要はなく、それぞれ当該エッジ部の法線方向を計測方向とするラインセンサのような１次元の撮像素子、又はその法線方向を走査方向とする撮像管（ＩＴＶ）からの撮像信号を処理してもよい。これは、それらの位置検出方向が１次元であり、例えば図５（ａ）の場合には３箇所の１次元の位置検出結果より、ウエハ６のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量、及び回転誤差を求めることができるからである。
【００４２】
それに対して、正確に接触式のプリアライメント機構とのマッチングを取る必要のある場合で、且つウエハのエッジ部検出用の画像処理装置としてラインセンサを使用する場合に、ローディングポジションへのウエハの搬送精度が悪いと、そのラインセンサの検出領域からマッチングを取るべきウエハの外周位置が外れて、マッチング誤差が大きくなることがある。これについて図１４を参照して説明する。
【００４３】
先ず、図１４（ａ）は、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰを横切るように２つのラインセンサの直線状の観察視野（検出領域）５０ａ１及び５１ａ１が設定され、ウエハ６の円周上に１つのラインセンサの直線状の観察視野５２ａ１が設定されている場合を示している。そして、図１４（ｃ）はそれらの観察視野の内の観察視野５０ａ１の拡大図を示し、この図１４（ｃ）において、ウエハ６の外周６ａ上の観察視野５０ａ１は、例えば前回の露光工程で接触式のプリアライメント機構の位置決め用の基準ピン８１Ａが接触した計測点Ａから非計測方向に離れた位置にある。このとき、計測点Ａを通り計測方向に平行な直線８２Ａがマッチング位置を示す。このように観察視野５０ａ１がマッチング位置からずれていると、ウエハ６の外周部６ａの凹凸によって、観察視野５０ａ１内の計測点８３Ａでの位置と計測点Ａでの位置との間に大きな誤差（マッチング誤差）Δ１が生ずる恐れがある。
【００４４】
このような場合、既に説明したように図４（ｃ）のターンテーブル６０及び偏心センサ６１を用いて、図４（ｄ）に示すように、所定の回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ でのウエハの偏心量を計測し、この計測値を用いて補正を行うことができる。それ以外の補正方法として、ラインセンサの観察視野（検出領域）５０ａ１の非計測方向の幅をその搬送精度程度に広げる方法もある。この方法では、図１４（ｃ）に示すように、非計測方向に位置決め用のピン８１Ａが接触した計測点Ａを含む程度に広がった観察視野５０ａ１’を有するラインセンサを使用する。この場合、観察視野５０ａ１’内の画像は、非計測方向に対して光学的、又は電気的に積分されるため、その観察視野５０ａ１’内でのウエハ６の外周６ａの位置は平均線８４Ａで示す位置となる。その平均線８４Ａは、スリット状の観察視野５０ａ１を用いた場合の計測点８３Ａよりも、計測方向にマッチング対象の計測点Ａに近いため、平均線８４Ａの位置と計測点Ａでの位置との間のマッチング誤差Δ２は、上記の誤差Δ１より小さくなる。即ち、ラインセンサの観察視野（検出領域）を非計測方向に広げて平均化効果を持たせることによって、接触式のプリアライメント機構とのマッチング誤差を低減することができる。
【００４５】
更に、ラインセンサではなく、本例のように２次元の画像処理装置５０〜５２を用いることによっても、マッチング誤差を低減することができる。
図１４（ｄ）は２次元の画像処理装置を用いた場合の図１４（ｃ）に対応する観察視野を示し、この図１４（ｄ）において、その観察視野内の画像に対して画素の走査方向がＹ方向（計測方向）に設定されている。この場合、先ずその観察視野内でのウエハ６の外周６ａの平均線８４Ａ’を求め、この平均線８４Ａ’の位置（平均位置）を求める。同様に他の２箇所でもウエハ６の外周６ａの平均位置を求め、３箇所での平均位置からウエハ６のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、及び回転角を求める。その後、ウエハ６の位置及び回転角より、マッチングを取るべき計測点Ａを通りＹ方向に平行な直線８２Ａを含む一列の画素８５を特定し、特定された１列の画素８５からの撮像信号より、接触式のプリアライメント機構での計測点Ａとほぼ同じ計測点でのウエハ６の外周６ａの位置を求める。この方法によって、マッチング誤差を低減できる。
【００４６】
上述のようにオリエンテーションフラット部ＦＰを有するウエハ６の場合には、オリエンテーションフラット部ＦＰの位置検出も１次元の撮像素子を用いて行うことができる。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、ノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎのノッチ部ＮＰについては、Ｘ方向及びＹ方向について位置検出を行う必要があるため、ノッチ部ＮＰは２次元の画像処理装置で位置検出を行う必要がある。ここで、ノッチ部ＮＰの検出方法につき図７を参照して説明する。
【００４７】
先ず、図７（ａ）はウエハ６Ｎのノッチ部ＮＰの拡大図であり、この図７（ａ）において、従来はウエハホルダ上でウエハ６Ｎの位置決めを行うためにノッチ部ＮＰに所定の直径ｄの円柱状の基準ピンを押し当てていた。従って、ノッチ部ＮＰの形状の規格はその基準ピンの形状に基づいて定められていた。そこで、２次元の撮像素子の撮像面と共役なノッチ部ＮＰ上の領域を観察視野６３とすると、一例としてその観察視野６３内の画像データよりノッチ部ＮＰの２つのエッジに接触する直径ｄの仮想基準ピン６４を想定し、この仮想基準ピン６４の中心ＯのＸ座標、Ｙ座標を検出する。
【００４８】
また、別の例として、図７（ｂ）に示すように、観察視野６３内の画像データよりノッチ部ＮＰの２つのエッジ６５Ａ，６５Ｂの交点Ｐの座標、及び一方のエッジ６５Ｂとウエハの外周との交点６５Ｃの座標を求める方法もある。この場合、エッジ６５Ａ上に交点６５Ｃと対称な位置に交点６５Ｄを仮想的に設け、３つの交点Ｐ，６５Ａ，６５Ｂを頂点とする三角形を仮定する。そして、底辺である交点６５Ｃ，６５Ｄの間隔に対して比例配分によって、底辺の間隔がｄとなる三角形の位置を求め、この三角形の底辺の中点を中心Ｏとして、この中心ＯのＸ座標、Ｙ座標を求めるようにしてもよい。
【００４９】
次に、ウエハの更に別の例、及びそれらに合った検出系の例につき図１３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。先ず、ノッチ部の種類としては、図１３（ａ）に示すように、６時方向のノッチ部ＮＰ１、又は３時方向のノッチ部ＮＰ２の何れかを有するウエハ６Ｍがあり、これらを両方共正確に検出する必要がある。そのため、図１３（ａ）において、ウエハ６Ｍの底面のウエハホルダ３０Ｂには、ノッチ部ＮＰ１，ＮＰ２を照射するための切り欠き部３０Ｂａ，３０Ｂｂと、機械的プリアライメントとして一般的に利用される基準ピンの位置を照射するための切り欠き部３０Ｂｃ〜３０Ｂｅが形成され、これらの切り欠き部３０Ｂａ〜３０Ｂｅがそれぞれ図１２の画像処理装置によって底面側から照明されるようになっている。ウエハ６Ｍに６時方向のノッチ部ＮＰ１がある場合の位置及び回転角の検出は、円形の観察視野５１ａ２を有する２次元画像処理系と、それぞれ直線状の観察視野５０ａ２及び５２ａ１を有する第１及び第２のラインセンサとを用いて行われる。一方、ウエハ６Ｍに３時方向のノッチ部ＮＰ２がある場合の位置及び回転角の検出は、観察視野５１ａ１を有する２次元画像処理系と、それぞれ直線状の観察視野５２ａ１及び５０ａ１を有する第２及び第３のラインセンサとを用いて行われる。即ち、２個の２次元画像処理系と３個のラインセンサとよりなる５個のセンサで両タイプのウエハに対しプリアライメントが兼用できるような構成とされている。
【００５０】
次に、オリエンテーションフラット部の種類としても、図１３（ｂ）に示すように、６時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ１、又は３時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ２の何れかを有するウエハ６Ａがあり、これらを両方共正確に検出する必要がある。そのため、図１３（ｂ）において、ウエハ６Ａの底面のウエハホルダ３０Ｃには、一方のオリエンテーションフラット部ＦＰ１の位置に対応した３つの切り欠き部３０Ｃａ〜３０Ｃｃと、他のオリエンテーションフラット部ＦＰ２の位置に対応した３つの切り欠き部３０Ｃｄ〜３０Ｃｆとが形成され、それらの切り欠き部３０Ｃａ〜３０Ｃｆが底面から図１２に示す画像処理装置によって照明されるようになっている。そして、ウエハ６Ａに３時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ２がある場合の位置及び回転角の検出は、それぞれ観察視野５２ａ２，５１ａ２，５０ａ２を有するラインセンサによって行われ、ウエハ６Ａに６時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ１がある場合の位置及び回転角の検出は、それぞれ観察視野５２ａ１，５１ａ１，５０ａ１を有するラインセンサによって行われるような構成となっている。これらはウエハステージ上で機械的なプリアライメント系の基準ピン位置上に光学的検出系が配置できる場合を示している。しかしながら、これが困難な場合は、前述のように図４（ｃ）に示すターンテーブル６０上の計測結果を用いてウエハの外形を求めることで、基準ピンを用いた位置計測結果に置き換えても構わない。
【００５１】
さて、次に、本例の３個の２次元の画像処理装置５０〜５２を用いて、接触式のプリアライメント機構とのマッチングを行いつつウエハの位置、及び回転角の検出を行う場合の動作の一例につき図１５、及び図１６を参照して説明する。この場合の画像処理装置５０〜５２としては、図１２に示すように透過照明型の画像処理装置を使用するものとする。
【００５２】
先ず、図１５（ａ）は６時方向にノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎをローディングポジションに搬送した状態を示し、この図１５（ａ）において、図３の３個の画像処理装置５０，５１，５２の実際の処理対象の観察視野をそれぞれ矩形の観察視野８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃとする。また、観察視野８６Ａ〜８６Ｃに対応する領域内で、例えば前回の露光工程で使用された接触式のプリアライメント機構の基準ピンをそれぞれ２点鎖線の仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃで表す。但し、見易くするために、仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃはそれぞれ対応する観察視野８６Ａ〜８６Ｃの外側に出して表示している。そして、ウエハ６Ｎの円周上の観察視野８６Ａ，８６Ｂ内で、それぞれ仮想ピン８２Ａ，８２Ｂとウエハの外周とが接触する点を仮想位置Ａ，Ｂとして、ノッチ部ＮＰ上の観察視野８６Ｃ内での仮想ピン８２Ｃの中心を仮想位置Ｅとする。
【００５３】
これらの仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅを求めるためには、例えば図３のウエハステージのウエハホルダ３０上に仮想位置を示す基準マークが形成された基準ウエハを載置し、レーザ干渉計１７の計測値に基づいて接触式のプリアライメント機構の３個の基準ピンの設計上の位置を目標値としてウエハステージを駆動して、その基準マークを順次観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内に移動すればよい。そして、対応する画像処理装置５０〜５２でそれぞれ観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内でのその基準マークの位置を検出して、この検出された位置を記憶することによって、仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅが設定されたことになる。その基準ウエハとしては、ウエハ外周に切り込みの入ったウエハや、パターンの入ったガラスウエハ等を用いればよい。
【００５４】
次に、図４（ｂ）を参照して説明したように、本例のセンターアップ３８は中心軸３５Ｚを軸として回転駆動系３６によって回転できるように支持されている。そのようにセンターアップ３８を回転すると、図１５（ａ）の観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内でウエハと仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃとの接触点である仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの位置が変化する。そこで、実際に上述の基準ウエハをセンターアップ３８上に吸着して仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの位置を計測した後、センターアップ３８を所定角度回転して再び仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの位置を計測し、計測結果の変動量よりそのセンターアップ３８の回転中心Ｏ’のステージ座標系での座標を求める。その後、レーザ干渉計１７の計測値に基づいて定まるウエハステージの座標系（ステージ座標系）（Ｘ，Ｙ）の原点を、その回転中心Ｏ’とした新たな座標系を新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）とする。即ち、この新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）では、回転中心Ｏ’の座標は（０，０）である。
【００５５】
そして、仮想位置Ａ及びＢはＸ軸に平行な直線に沿って配列されているものとして、且つ仮想位置Ａ及びＢのＸ方向の間隔をＬに設定する。更に、その新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、仮想位置Ａ及びＢの座標をそれぞれ（ｘ１，ａ）及び（ｘ２，ａ）として、仮想位置Ｅの座標を（（ｘ１ ＋ｘ２）／２，ｂ）として、仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内での相対座標を記憶しておく。新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）でのＹ座標をｙとすると、図１５（ａ）に示すように、仮想位置Ａ及びＢは、直線（ｙ＝ａ）上に位置している。更に、次式が成立している。
【００５６】
ｘ２ −ｘ１ ＝Ｌ
このとき、ウエハ６Ｎの底面側からの照明光のもとで、観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内のパターンの画像はそれぞれ図１５（ｂ）〜図１５（ｄ）に示すように、ウエハ部が斜線のような暗部となり、透過部が明部となるため、ウエハ６Ｎの外周のエッジを暗部と明部との境界部として検出することができる。
【００５７】
次に、実際に露光対象とするウエハ６Ｎが図１５（ａ）に示すように、ローディングポジションに設定されたときのウエハ６Ｎの位置及び回転角の検出方法を説明する。先ず、ウエハ６Ｎの外周の円周上の２つの観察視野８６Ａ及び８６Ｂにおいては、それぞれ図１５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、明部と暗部との境界部に対応するその外周のエッジがほぼ直線状となっている。そこで、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、Ｘ座標をｘ、Ｙ座標をｙとして、観察視野８６Ａ内のエッジを関数（ｙ＝ｆ（ｘ））で表し、観察視野８６Ｂ内のエッジを関数（ｙ＝ｇ（ｘ））で表す。そのためには、観察視野８６Ａ，８６Ｂ内のエッジ検出位置に基づいて最小２乗法による１次関数ｆ（ｘ）及びｇ（ｘ）の２つの係数を定めればよい。また、ウエハの外周はほぼ円形であるため、１次関数ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の代わりに、（ｘ−ｘ０）２ ＋（ｙ−ｙ０）２ ＝ｒ２ で表される円弧の関数を使用してもよい。。
【００５８】
その後、一方の関数（ｙ＝ｆ（ｘ））上の計測点Ｃの新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）での座標を（ｘ３，ｙ３）として、他方の関数（ｙ＝ｇ（ｘ））上の計測点Ｄの新座標系での座標を（ｘ４，ｙ４）として、計測点Ｃ及びＤを通る直線がＸ軸に平行で、且つ計測点Ｃ及びＤのＸ方向の間隔がＬとなるようにそれらの座標を定める。これは、次式を満たすように座標ｘ３ ，ｘ４ を求めることを意味する。
【００５９】
ｇ（ｘ４）＝ｆ（ｘ３），ｘ４ −ｘ３ ＝Ｌ
また、このようにして定まる座標ｘ３ ，ｘ４ を用いて、Ｙ座標ｙ３ はｆ（ｘ３）で定まり、Ｙ座標ｙ４ はｇ（ｘ４）で定まる。
このとき、それら２つの計測点Ｃ及びＤの中点（Ｘ座標は（ｘ４ ＋ｘ３）／２）を通りＹ軸に平行な直線（関数ｘ＝（ｘ４ ＋ｘ３）／２で表される）は、ウエハ６Ｎの中心Ｏを通る。そこで、その関数ｘ＝（ｘ４ ＋ｘ３）／２で表される直線と、計測点Ｃ（ｘ３，ｙ３）を通り関数（ｙ＝ｆ（ｘ））で表される直線に直交する直線との交点（即ち中心Ｏ）の座標を求め、この中心Ｏと計測点Ｃとの距離を求めると、中心Ｏから計測点Ｃまでの半径ｒが求められる。同様に、その関数ｘ＝（ｘ４ ＋ｘ３）／２で表される直線と、計測点Ｄ（ｘ４，ｙ４）を通り関数（ｙ＝ｇ（ｘ））で表される直線に直交する直線との交点（即ち中心Ｏ）の座標を求め、この中心Ｏと計測点Ｄとの距離を求めると、中心Ｏから計測点Ｄまでの半径ｒ’が求められる。なお、上記のように１次関数の代わりに円弧の関数を使用するときは、円の接線に直交する直線との交点が中心Ｏとなる。
【００６０】
更に、ノッチ部ＮＰ上の観察視野８６Ｃの画像データから、そのノッチ部ＮＰに基準ピンを押し当てた場合のその基準ピンの中心の座標を求める必要がある。そのため、仮想ピン８２Ｃとそのノッチ部ＮＰとの２箇所の仮想接触点の間隔ＬＭを予め求めておく。そして、図１５（ｄ）に示すように、観察視野８６Ｃ内の画像データに基づいて最小２乗近似法によって、ノッチ部ＮＰの左側のエッジに対応する関数（ｙ＝ｈ（ｘ））、及び右側のエッジに対応する関数（ｙ＝ｉ（ｘ））を求める。なお、ｈ（ｘ）及びｉ（ｘ）は１次関数である。その後、ノッチ部ＮＰに仮想ピン８２Ｃを押し当てた場合のその仮想ピン８２Ｃの中心を計測点Ｆとして、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）での計測点Ｆの座標を（ｘ５，ｙ５）とする。
【００６１】
その後、計測点Ｆを通りＸ軸に平行な直線が関数（ｙ＝ｈ（ｘ））、及び関数（ｙ＝ｉ（ｘ））で定まる直線と交差する２点間の距離がＬＭで、且つ計測点Ｆがそれら２点の中点となるように座標（ｘ５，ｙ５）を定める。このためには、先ず次式を満たすＸ座標ｘ５１，ｘ５２を定める。
ｈ（ｘ５１）＝ｉ（ｘ５２），ｘ５２−ｘ５１＝ＬＭ
そして、そのように定めたＸ座標ｘ５１，ｘ５２を用いて、次式より座標ｘ５ 及びｙ５ を求めればよい。これによって、計測点Ｆの座標が決定される。
【００６２】
ｘ５ ＝（ｘ５１＋ｘ５２）／２，ｙ５ ＝ｈ（ｘ５１）
次に、図１５（ａ）において、計測点Ｃ及びＤの中点を通りＹ軸に平行な直線（関数ｘ＝（ｘ３ ＋ｘ４）／２で表される直線）に対応する観察視野８６Ｃ内の直線のＸ座標が、仮想位置ＥのＸ座標である（ｘ１ ＋ｘ２）／２によって定められることから、ウエハ６Ｎの中心Ｏを回転中心とした場合の、観察視野８６Ｃ内のノッチ部ＮＰの計測点Ｆの仮想位置Ｅからの回転誤差Δθを次式から求める。
【００６３】
Δθ＝｛ｘ５ −（ｘ１ ＋ｘ２）／２｝／（ｒ＋ｒ’）
しかしながら、これはあくまでもウエハ６Ｎの中心Ｏを回転中心としたときの回転誤差であるため、センターアップの回転中心Ｏ’（０，０）を軸としてウエハ６Ｎを回転した場合、回転誤差Δθは共通であり補正できるが、各計測点Ｃ，Ｄ，Ｆでは計測値のオフセットが発生する。よって、その回転誤差Δθを新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）を基準として計算し、図１５（ａ）において、ウエハ６Ｎをその回転誤差Δθ分を相殺するように回転中心Ｏ’の周りに回転したと仮定する。そして、このときに関数（ｙ＝ｆ（ｘ））及び（ｙ＝ｇ（ｘ））がそれぞれ関数（ｙ＝ｆ’（ｘ））及び（ｙ＝ｇ’（ｘ））に変化するものとして、変化後の関数ｆ’（ｘ）及びｇ’（ｘ）を求める。
【００６４】
既に回転誤差Δθは補正されているので、前回と同様に関数（ｙ＝ｆ’（ｘ））で定まる直線上の計測点をＣ’（ｘ３’，ｙ３’）、関数（ｙ＝ｇ’（ｘ））で定まる直線上の計測点をＤ’（ｘ４’，ｙ４’）として、計測点Ｃ’及びＤ’がＸ軸に平行な直線上に配列され、且つそれらの間隔がＬとなるように座標ｘ３’，ｘ４’を求める。即ち、座標ｘ３’，ｘ４’は次式を満たすように決定される。
【００６５】
ｇ’（ｘ４’）＝ｆ’（ｘ３’），ｘ４’−ｘ３’＝Ｌ
また、Ｙ座標であるｙ３’及びｙ４’はそれぞれｆ’（ｘ３’）及びｇ’（ｘ４’）で表される。この結果、仮想位置Ａ（ｘ１ ，ａ）及びＢ（ｘ２ ，ａ）と、回転補正後の計測点Ｃ’（ｘ３’，ｙ３’）及びＤ（ｘ４’，ｙ４’）との平均的な差分（ΔＸ，ΔＹ）は次式のようになる。
【００６６】
その差分（ΔＸ，ΔＹ）は、接触式のプリアライメント機構でプリアライメントを行った場合の位置に対するウエハ６ＮのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量であり、本例ではその位置ずれ量をサーチアライメント時のオフセットとみなして、サーチアライメント時にウエハステージの移動量を制御することによって補正する。
【００６７】
なお、上述の例では、ウエハ６Ｎの半径ｒ（又はｒ’）が大きく変動する場合を想定していたが、一般にウエハの外径のウエハ間での誤差は±０．１μｍ程度しかないので、半径ｒを固定値としてもよい。
また、ウエハの外径の変動量が大きい場合、図１５（ａ）において仮想ピン８２Ａ，８２Ｂとの接触点が異なるため、２つの仮想位置Ａ，Ｂの間隔Ｌを固定値として定めることができない。この場合、観察視野８６Ａ，８６Ｂ内のエジによって決定される１次関数ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の傾き（なお、円弧の関数を使用するときは、その円弧に対する接線の傾き）より、ウエハの外周と仮想ピンとの接点を算出し、それら接点間の距離をＬとして用いればよい。また、ノッチ部ＮＰ内の形状に関しても同様にしてウエハ間の差が大きい場合、仮想ピン８２Ｃの２つの接触点の間隔ＬＭを変数として取り扱うことができるし、形状が安定しているときは、その間隔ＬＭを固定値とすることも可能である。更に、ウエハの外周は円なので、ウエハの外周の近似は２次曲線近似で行ってもよい。また、これまでの計算は、直線（ｙ＝ａ）に対して２次元の画像処理装置の受光系が平行に設置されている場合であるが、設置誤差や設置スペースの制約等によって座標系が回転している場合もある。このように座標系が回転しているときには、ソフトウエア的に補正する必要がある。
【００６８】
以上の方法によって、１回の補正計算のみでウエハ６Ｎの回転誤差Δθ、及びオフセットΔＸ，ΔＹが正確に求められる。更に、上述のように回転補正後の関数ｆ’（ｘ），ｇ’（ｘ）を算出した後、回転補正後の計測点の座標ｘ３’，ｙ３’等を求める場合、図１４（ｄ）で示したように１次関数（ｆ’（ｘ），ｇ’（ｘ））の算出時の近似誤差を、実際に仮想ピンが当たる点として補正すれば更に接触式のプリアライメント機構とのマッチング精度が向上することになる。
【００６９】
次に、図１６（ａ）は６時方向にオリエンテーションフラット部ＦＰを有するウエハ６をローディングポジションに搬送した状態を示し、この図１６（ａ）においても、図３の３個の画像処理装置５０，５１，５２の実際の処理対象の観察視野８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃと、観察視野８６Ａ〜８６Ｃに対応する領域内で、例えば前回の露光工程で使用された接触式のプリアライメント機構の基準ピンを示す仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃとが表示されている。但し、見易くするために、仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃはそれぞれ対応する観察視野８６Ａ〜８６Ｃの外側に出して表示している。そして、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰ上の観察視野８６Ａ，８６Ｂ内で、それぞれ仮想ピン８２Ａ，８２Ｂとウエハの外周とが接触する点を仮想位置Ａ１，Ｂ１として、円周上の観察視野８６Ｃ内での仮想ピン８２Ｃが接触する点を仮想位置Ｅ１とする。
【００７０】
これらの仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１を求めるためには、前の例と同様に例えば仮想位置を示す基準マークが形成された基準ウエハを使用すればよい。また、この例でも、図４（ｂ）のセンターアップ３８の回転中心Ｏ’のステージ座標系での座標を求める。その後、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）の原点を、その回転中心Ｏ’とすると共に、仮想位置Ａ１及びＢ１を結ぶ直線がＸ軸に平行になるようにした新たな座標系を新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）とする。
【００７１】
そして、仮想位置Ａ１及びＢ１のＸ方向の間隔をＬ１に設定する。更に、その新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、仮想位置Ａ１及びＢ１の座標をそれぞれ（−Ｌ１／２，ｃ）及び（Ｌ１／２，ｃ）として、仮想位置Ｅ１の座標を（ｘ８，ｙ８）として、仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１の観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内での相対座標を記憶しておく。新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）でのＹ座標をｙとすると、図１６（ａ）に示すように、仮想位置Ａ１及びＢ１は、直線（ｙ＝ｃ）上に位置している。
【００７２】
このとき、ウエハ６の底面側からの照明光のもとで、観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内のパターンの画像はそれぞれ図１６（ｂ）〜図１６（ｄ）に示すように、ウエハ部が斜線のような暗部となり、透過部が明部となるため、ウエハ６の外周のエッジを暗部と明部との境界部として検出することができる。
次に、実際に露光対象とするウエハ６が図１６（ａ）に示すように、ローディングポジションに設定されたときのウエハ６の位置及び回転角の検出方法を説明する。先ず、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰ上の２つの観察視野８６Ａ及び８６Ｂにおいては、それぞれ図１６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、明部と暗部との境界部に対応するその外周のエッジがＸ軸に平行なほぼ直線状となっている。そこで、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、仮想位置Ａ１及びＢ１を通り、且つオリエンテーションフラット部ＦＰのエッジに垂直な直線と、そのエッジとの交点をそれぞれ計測点Ｃ１（−Ｌ１／２，ｙ６）及びＤ１（Ｌ１／２，ｙ７）として求める。これらの計測点Ｃ１，Ｄ１を求める際、計測点Ｃ１及びＤ１の近傍の所定範囲のエッジの平均的な位置をそれぞれ座標ｙ６ 及びｙ７ とすることによって、検出精度が向上する。
【００７３】
また、観察視野８６Ｃにおいて、仮想位置Ｅ１を通りＸ軸に平行な直線と、ウエハ６の外周のエッジとの交点を計測点Ｆ１（ｘ９，ｙ８）とする。座標（ｘ９，ｙ８）は新座標系での座標であり、これによって、その観察視野８６Ｃ内のウエハ６の外周のエッジは、直線（ｘ＝ｘ９）で表される。
次に、オリエンテーションフラット部ＦＰ上の２つの計測点Ｃ１，Ｄ１間の距離はＬ１なので、ウエハ６の回転誤差Δθは次のようになる。
【００７４】
Δθ＝（ｙ７ −ｙ６）／Ｌ１
ウエハ６の回転誤差Δθはオリエンテーションフラット部ＦＰによって決定されているため、ここではウエハ６の中心Ｏの位置が分からなくとも、センターアップ３８の回転中心Ｏ’を中心としてその回転誤差Δθの補正を行うことによって、その回転誤差は補正される。但し、回転中心Ｏ’（０，０）を軸として回転すると、観察視野８６Ｃ内の計測点Ｆ１の座標（ｘ９，ｙ８）がオフセットを持つ。そこで、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）をΔθだけ回転させたときの新座標系において、再び仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１から対応するウエハ６のエッジに対する垂線とそのエッジとの交点Ｃ１’，Ｄ１’，Ｆ１’を求め、これらの交点Ｃ１’，Ｄ１’，Ｆ１’の座標（−Ｌ／２，ｙ６’），（Ｌ／２，ｙ７’），（ｘ９’，ｙ８）を再計算する。その後、次式より、ウエハ６のＸ方向、及びＹ方向への位置ずれ量（オフセット）ΔＸ及びΔＹを算出する。
【００７５】
ΔＸ＝ｘ９’−ｘ８ ，
ΔＹ＝（ｙ６’＋ｙ７’）／２−ｃ
これらのオフセットΔＸ，ΔＹは、図１５の例と同様にサーチアライメント時にウエハステージの位置を調整することで補正してやればよい。また、図１５に示すノッチ部を有するウエハの位置検出でも説明したように、画像データの平均値より求めるウエハ６のエッジと、実際の仮想ピンとエッジとの接触点との間に誤差がある場合には、図１４（ｄ）で示したように、画像データ内で最終的に使用するデータを絞り込んで行けばよい。
【００７６】
以上のように本例では、ウエハの外周のエッジ位置の検出後、センターアップ３８を介して回転誤差を補正し、更に確認のための再検出を行う必要がないように、センターアップ３８の回転で発生する誤差を予測して予め計算を行っている。従って、再検出の必要がないため、高速に非接触方式でウエハのプリアライメントが行える。
【００７７】
但し、センターアップ３８を回転させてウエハをウエハホルダ３０上に載置したときに、真空吸着の開始時の振動やウエハの表面とウエハホルダ３０の表面との平行度の誤差等により、一定の位置のオフセット、及び回転角のオフセットが付加される場合がある。これに対しては、例えばウエハの載置後のサーチアライメント時に、予め基準ウエハ等を用いて検出してあるウエハのエッジ位置と、実際に載置されたウエハのエッジ位置との差異を例えばオフ・アクシス方式のアライメントセンサ等で検出し、その分をシステムオフセットとして、ウエハの位置ずれ量のオフセットΔＸ，ΔＹ、及び回転誤差Δθの算出結果に上乗せすればよい。
【００７８】
次に、本例の投影露光装置における位置決め動作の全体の流れの一例につき図１、及び図２のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図１のステップ１０１において、図４（ｂ）のスライダー２３に沿ってウエハアーム２１によりウエハ６が搬入され、ローディングポジションにてウエハアーム２１の真空吸着が解除されると同時に、センターアップ３８が伸縮機構３５によって上昇し、センターアップ３８上にウエハ６が受け渡される。このとき、同時にセンターアップ３８の各スピンドル部３８ａ〜３８ｃの真空吸着がオンにされる（ステップ１０２）。なお、この段階までに、ウエハ６は図４（ｃ）のターンテーブル６０を含む機構を介して外形基準によるＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）へのラフなプリアライメントが終了しており、ウエハ６の位置は、Ｘ方向、Ｙ方向に約１〜２ｍｍ、回転方向に約５°程度の誤差を持つのみとなっている。
【００７９】
この際に、回転誤差はターンテーブル６０の回転により補正されており、Ｘ方向、Ｙ方向への誤差は、ウエハアーム２１からウエハ６をセンターアップ３８に受け渡すときのローディングポジションの位置をＸ方向、Ｙ方向に調整することで補正されている。このようなラフなプリアライメント実行後でも比較的大きさ位置ずれ量、及び回転誤差が残存しているのは、相互に振動を伝えないように、露光装置本体と、ターンテーブル６０を含む機構と、スライダー２３を含む機構とが独立に設置されているためである。この場合、例えば露光装置本体部とスライダー２３を含む機構との間で揺れ条件が異なること等に起因して、スライダー２３からセンターアップ３８にウエハを受け渡す際に位置ずれ（搬送誤差）が生ずるからである。
【００８０】
次に、ステップ１０３において、図３の３個の２次元の画像処理装置５０〜５２を用いてウエハ６の外形のエッジ位置計測を行う。この場合、図１６を参照して説明したように、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰに沿った２箇所の観察視野８６Ａ，８６Ｂ、及び円形の外周の１箇所の観察視野８６Ｃにおいてそれぞれエッジ位置の計測が行われる。これに関して、従来はウエハ６のプリアライメントを行うために、ウエハホルダ３０上で３個の基準ピンに対してウエハ６を押し当てていた。即ち、従来のプリアライメントは接触方式で行われていた。これに対して本例のプリアライメントは、非接触方式と呼ぶことができる。
【００８１】
そして、本例の３個の観察視野８６Ａ〜８６Ｃは、それぞれ接触方式で使用されていた３個の基準ピンとの接触点の位置と同じ仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１を含むように設定されている。これによって、仮に図１６のウエハ６の直前のレイヤが、接触方式で位置決めを行う露光装置で露光されていたとしても、プリアライメント後のマッチングが取れている、即ち位置ずれ量が少ないという利点がある。なお、仮に投影光学系３の周囲の各種センサ等の配置等によって観察視野８６Ａ〜８６Ｃを仮想位置を含む位置に設定できない場合でも、既に説明したように図４（ｃ）のターンテーブル６０、及び偏心センサ６１を用いたウエハの外形計測の結果を用いて、実測値から基準ピンの位置でのウエハのエッジ位置を正確に推定することもできる。
【００８２】
同様に、ウエハが図１５に示すようにノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎの場合であっても、図１５を参照して説明したように、画像処理により仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅとウエハ６Ｎの外周のエッジ位置とのずれ量を求めることにより、接触方式とのマッチングを取ることができる。
なお、ノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎに対して、接触方式でプリアライメントを行う露光装置とのマッチングを取る必要がない場合は、例えば図７（ｂ）で説明した方法を用いて、図７（ｂ）において、ノッチ部ＮＰの２つのエッジ６５Ａ，６５Ｂの全範囲で位置データを求め、これらの位置データより最小二乗近似計算によって仮想ノッチ形状（２本の近似直線によって規定されるＶ字形状）を求め、その２本の近似直線の交点をノッチ検出位置としてもよい。これによって、ノッチ部ＮＰの形状誤差に依存することなく、高精度にウエハの位置検出を行うことができる。
【００８３】
その後、ステップ１０４において、ステップ１０３での計測結果に基づいて、ウエハ６のＸ方向への位置ずれ量ΔＸ、Ｙ方向への位置ずれ量ΔＹ、及び回転誤差Δθを算出する。ここでは、回転誤差Δθも広義の位置ずれ量とみなす。この際に、本例では図１６を参照して説明したように、オリエンテーションフラット部ＦＰに沿った観察視野８６Ａ，８６Ｂでの検出結果より回転誤差Δθが求められ、観察視野８６Ａ〜８６Ｂでの検出結果よりＸ方向及びＹ方向へのへの位置ずれ量ΔＸ，ΔＹが求められる。
【００８４】
一方、図１５に示すように、位置決め対象がノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎである場合には、ノッチ部ＮＰ上の観察視野８６Ｃ、及び他の２つの観察視野８６Ａ，８６Ｂでの検出結果を処理することによって、Ｘ方向及びＹ方向への位置ずれ量ΔＸ，ΔＹと、回転誤差θとが求められる。
それに続くステップ１０５において、算出された回転誤差Δθがセンターアップ３８の回転で補正できる許容範囲かどうか、及び位置ずれ量ΔＸ，ΔＹがウエハホルダ３０で真空吸着可能な許容範囲かどうかを調べ、仮に何れかが許容範囲外であればステップ１０９に移行する。そして、位置ずれ量ΔＸ，ΔＹ，Δθの何れかが許容範囲外となったのが１回目である場合には、再度上述のラフなプリアライメントを行うためにステップ１１０に移行して、センターアップ３８からスライダー２３（ウエハアーム２１）にウエハ６を受け渡し、更に図４（ｃ）のターンテーブル６０上にウエハ６を戻し、ラフなプリアライメントを実行する。その後、ステップ１０１に戻ってステップ１０５までの動作を繰り返す。
【００８５】
但し、ステップ１０５において、再び位置ずれ量ΔＸ，ΔＹ，Δθの何れかが許容範囲外となった場合には、単なる位置ずれ以外の何らかの障害が発生したと認識して、ステップ１０９を経てステップ１１１に移行して、エラー情報を出して、オペレータからの指示待ち状態となる。
一方、ステップ１０５において、位置ずれ量ΔＸ，ΔＹ，Δθの全てが許容範囲内であれば、センターアップ３８を下げると同時にウエハの回転誤差Δθを補正し（ステップ１０６）、ウエハホルダ３０にウエハ６が接触したとほぼ同時にスピンドル部３８ａ〜３８ｃの真空吸着をオフにし、ウエハホルダ３０上の真空吸着をオンにすることで、ウエハホルダ３０上にウエハ６を載置する（ステップ１０７）。その後、ウエハの位置ずれ量ΔＸ，ΔＹをオフセットとして後述のサーチアライメント位置に加算して、ウエハステージを駆動してウエハを移動することで（ステップ１０８）、一連のプリアライメントシーケンスが終了する。そして、図２のアライメント（サーチアライメント、及びファインアライメント）のシーケンスに移行する。
【００８６】
上述の本例のプリアライメント動作と、図１７を参照して説明した従来のプリアライメント動作とを比較すると、図１７の従来の方法では、例えば接触方式でウエハ６の回転誤差を計測した後、試料台９上のウエハのθ回転補正機構８によってウエハの回転を補正していた。これに要する時間は１〜２秒であるのに対し、本例の機構ではセンターアップ３８を下げるのと同時に許容誤差内になるように予め回転補正を行うので、そのような時間が発生しない。但し、ロットの先頭付近では数枚のウエハをウエハホルダ上で再載置するために時間を要するが、誤差量を平均して補正していく学習効果でロット内のウエハ枚数が多いほど再載置する回数及び時間が減少し、本発明の効果が高くなる。
【００８７】
ここで、ウエハの再載置について説明する。ウエハをウエハホルダ３０に搭載した後（ステップ１０７）は、基本的に露光装置間のプリアライメントのマッチングが取れていれば、後のサーチアライメント時にサーチマークが見つからない等のエラーは発生しない。従って、通常の動作では図１のステップ１０８から図２のステップ１１２へ移行してよい。
【００８８】
しかしながら、以下の▲１▼〜▲３▼のような条件下では、プリアライメント時の位置ずれ量が大きくなって、例えばサーチアライメント時にエラーが発生する恐れがある。
▲１▼センターアップ３８の上面とウエハホルダ３０の上面との平行度が何らかの原因で悪化し、ウエハのウエハホルダ３０への受け渡し時に、回転やオフセット誤差が発生する場合。
【００８９】
▲２▼他の露光装置とのプリアライメントのマッチングが取れていないため、ロット単位で一定の回転やオフセット誤差（ウエハの外形とサーチマークとの間の回転やオフセット）が発生する場合。
▲３▼ウエハの１層目への露光後に、ウエハの外形の計測位置に「欠け」が生じ、ウエハ単位で回転やオフセット誤差が発生する場合。
【００９０】
そこで、このような恐れのあるときには、図１のステップ１０８から図１８のステップ１３０Ａに移行して、サーチアライメントのエラーが発生しないかどうかをチェックして、エラーが発生するときにはウエハをウエハホルダ３０からセンターアップ３８に移して回転補正等を行った後に、ウエハホルダ３０へ戻すというウエハの再載置を行うことが望ましい。以下、図１８のウエハの再載置動作につき説明する。
【００９１】
先ず、図１８のステップ１３０Ａにおいて、高倍のサーチアライメントを実行する。ウエハ上には図４（ａ）に示すように、サーチアライメント用の第１サーチマーク４７Ａ、及び第２サーチマーク４７Ｂが形成されている。高倍のサーチアライメントでは、図３のＦＩＡ方式のアライメントセンサ５Ａによってウエハ上の第１サーチマーク４７Ａ、及び第２サーチマーク４７Ｂを検出する際に、結像光学系の倍率を高倍にして、且つ１画面のみの画像情報を処理する。その後、ステップ１３０Ｂにおいて、サーチアライメントによってウエハのＸ方向のオフセットδＸ、Ｙ方向のオフセットδＹ、及び回転誤差δθが計測可能かどうかを判定する。これは、ステップ１３０Ａで得られた１画面分ずつの画像情報より、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出可能かどうかで判定される。そして、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出可能であれば、動作は図２のステップ１１２に移る。従って、通常はステップ１３０Ａの１画面の高倍サーチアライメントを実行するのみでステップ１１２に移るため、スループットは殆ど低下しない。
【００９２】
一方、ステップ１３０Ｂでサーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出できないときには、動作はステップ１３１（モード１）、ステップ１３２（モード２）、又はステップ１３３（モード３）の何れかに移行する。モード１、モード２、モード３の選択は予め行っておく。先ず、モード１のステップ１３１では、アライメントセンサ５Ａの倍率を低倍にして視野を広域にして、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂを検出する。これが低倍画像処理サーチアライメントである。次に、モード２のステップ１３２では、アライメントセンサ５Ａの倍率を高倍にして、且つウエハステージをステッピングさせて画面継ぎを行いながらサーチマーク４７Ａ，４７Ｂを検出する。また、モード３のステップ１３３では、オペレータのアシスト（マニュアルアシスト）によって、例えば第１サーチマーク４７Ａの座標（ＦＸ１，ＦＹ１）を計測して、オフセットδＸ，δＹを求めた後、第２サーチマーク４７ＢのＹ座標ＦＹ２を計測して、２つのＹ座標の差分より回転誤差δθを求める。また、ステップ１３１及び１３２の後では、ステップ１３４で示すように、再びオフセットδＸ，δＹ及び回転誤差δθが検出可能かどうか、即ちサーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出できたかどうかを判定し、検出できなかったときにはモード３のステップ１３３に移行して、検出できたときにはδＸ，δＹ，δθを求めてステップ１３７に移行する。
【００９３】
また、ステップ１３３の後のステップ１３５では、得られた回転誤差δθがセンターアップ３８で補正できる範囲かどうかを判定し、補正できない（回転許容値を超える）ときにはステップ１３６に移行してエラー表示を行い、補正可能であればステップ１３７に移行する。そして、ステップ１３７では、センターアップ３８の真空吸着のオン、及びウエハホルダ３０の真空吸着のオフ後に、センターアップ３８をウエハと共に上昇させて、ウエハの回転誤差δθの補正を行う。これは１ロットの１枚目のウエハの場合であり、２枚目以降のウエハについては、その回転誤差δθの補正を図１のステップ１０６実行時に追加して行う。その後、ウエハホルダ３０の真空吸着をオンにして、センターアップ３８を降下させてセンターアップ３８の真空吸着をオフにする。これでウエハがウエハホルダ３０上に再載置されたことになる。次にステップ１３８で、１枚目のウエハであればサーチアライメント位置をオフセットδＸ，δＹ分だけ補正する。また、２枚目以降のウエハであれば、例えば図１のステップ１０８におけるサーチアライメント位置にそのオフセットδＸ，δＹの補正を追加しておく。その後、動作は図２のステップ１１２へ移行する。
【００９４】
なお、上述の▲１▼，▲３▼の場合はウエハ単位で変化するので、図１のステップ１０６での補正は行わない（２枚目以降のウエハに関するエラー処理を行う）。それに対し▲２▼の場合は１枚目のウエハにて判断できるので、図１８のステップ１３７の２枚目以降のウエハの処理を実施する。但し、▲１▼，▲２▼，▲３▼の場合が複合している場合、１枚目のウエハのみに誤差が発生している可能性もあるので、計測した結果を２枚目以降フィードバックすると、反対にサーチができない場合もある。このような場合は、前述のように学習機能によって処理することが望ましい。
【００９５】
また、図１７に示す従来の投影露光装置には、移動鏡１３が載置された試料台９とウエハ６との間に駆動系としてのウエハのθ回転補正機構８が存在するが、本例では移動鏡１３とウエハ６との間に駆動システムがないためステッピング精度の安定性が高まる。
次に、図２のアライメントのシーケンスにおいて、先ずサーチアライメントが実行される。但し、使用するアライメントセンサの検出可能な範囲（キャプチャーレンジ）が広い場合で、且つプリアライメント精度が良好である場合にはサーチアライメントを省略してファインアライメントに入ることができる。例えばＬＳＡ方式、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサでは検出可能な範囲が広く、例えば±２．５μｍ程度まで対応可能である。それに対して、ＬＩＡ方式のアライメントセンサの検出可能な範囲は±１〜２μｍ程度しかない。そのため、プリアライメント精度が±２．５μｍ以下ならば、ＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式のアライメントセンサを使用する場合には、サーチアライメントなしにファインアライメントに移行することができる。
【００９６】
そこで、図２のステップ１１２において、使用するアライメントセンサの種類を判別し、ＬＩＡ方式のアライメントセンサを使用するときにはステップ１０３以下のサーチアライメントシーケンスに移行し、ＬＳＡ方式又はＦＩＡ方式のアライメントセンサを使用するときには、ステップ１２１に移行してプリアライメント精度が使用するアライメントセンサの検出可能な範囲外かどうか、即ちサーチアライメントを行うかどうかを判定する。そして、サーチアライメントを行うときにはステップ１１３に移行し、サーチアライメントを行わないときにはステップ１２６に移行する。
【００９７】
次に、サーチアライメントについて説明するが、ウエハ上にはサーチアライメント用のマークが形成されている。本例のウエハ６上にも、図４（ａ）に示すように、Ｘ方向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸のサーチマーク４５Ｘと、Ｙ方向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペースパターンよりなるＹ軸のサーチマーク４５Ｙとを組み合わせたＦＩＡ方式用の第１サーチマーク４７Ａが形成されている。更に、第１サーチマーク４７ＡからほぼＹ方向に所定間隔離れた位置に、Ｘ軸のサーチマーク４４Ｘと、Ｙ軸のサーチマーク４４Ｙとを組み合わせたＦＩＡ方式用の第２サーチマーク４７Ｂが形成されている。本例では２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置検出を行うために図３のＦＩＡ方式のアライメントセンサ５Ａが使用され、後述のようにウエハ６の回転角を検出するためにＦＩＡ方式のアライメントセンサ５Ｂが検出される。そこで、２つのアライメントセンサを区別するために、以下ではアライメントセンサ５Ａを「ＦＩＡ顕微鏡５Ａ」と呼び、アライメントセンサ５Ｂを「θ顕微鏡５Ｂ」と呼ぶ。
【００９８】
また、ウエハ６上の全部のショット領域にはそれぞれファインアライメント用のウエハマーク（以下、「ファインマーク」という）も形成されている。具体的に、図４（ａ）において、ウエハ６上の全ショット領域を代表して表すショット領域ＳＡには、Ｙ方向に伸びた点列状のＸ軸のファインマーク４６Ｘ、及びＸ方向に伸びたＹ軸のファインマーク４６Ｙも形成されている。これらのファインマーク４６Ｘ，４６Ｙは、図３のＴＴＬ方式のアライメントセンサ４中のＬＳＡ方式のアライメントセンサで検出されるマークである。なお、実際に使用されるファインマークとしては、プロセスに応じてＬＩＡ方式用のマークや、ＦＩＡ方式用のマークもある。
【００９９】
また、図８（ａ）及び（ｂ）はウエハ６上のマーク配置を示し、これら図８（ａ）及び（ｂ）において、第１サーチマーク４７Ａは、４個のショット領域４８Ａ〜４８Ｄに囲まれたストリートライン領域にあり、第２サーチマーク４７Ｂも別の４個のショット領域４９Ａ〜４９Ｄに囲まれたストリートライン領域にある。また、円形の観察視野５Ａａは図３のＦＩＡ顕微鏡５Ａの有効観察視野であり、それからＸ方向に離れた位置にある観察視野５Ｂａは図３のθ顕微鏡５Ｂの有効観察視野である。
【０１００】
次に、サーチアライメントを行うために、ステップ１１３において、ウエハステージを駆動して、図８（ａ）に示すようにＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野５Ａａ内に第１サーチマーク４７Ａを移動する。この状態では、θ顕微鏡５Ｂの観察視野５Ｂａ内には第２サーチマーク４７Ｂはなく、ショット領域４９Ａ，４９Ｂの端部、及びストリートライン領域７０がある。その後、これから露光するウエハ６がこのロット中の先頭のウエハかどうかを判定し（ステップ１１４）、先頭のウエハである場合にはステップ１１５に移行して、ＦＩＡ顕微鏡５Ａで第１サーチマーク４７ＡのＸ方向、Ｙ方向の座標（ＦＸ１，ＦＹ１）を検出する。
【０１０１】
ここで、ステップ１１５における検出方法の一例につき図９を参照して説明する。図９（ａ）は、ＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野内で実際に撮像素子により撮像される検出範囲６８を示し、この図９（ａ）において、検出範囲６８内にＸ方向に対応する２個の独立の指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２、及びＹ方向に対応する２個の独立の指標マーク６６Ｙ１，６６Ｙ２が表示されている。これらの指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２，６６Ｙ１，６６Ｙ２は、図３のＦＩＡ顕微鏡５Ａ内でウエハの表面との共役面に配置され、且つウエハ上のマークを検出するための照明光とは独立の照明光で照明されている。また、ＦＩＡ顕微鏡５Ａ内にはＸ方向に対応する方向に走査を行うＸ軸用の撮像素子と、Ｙ方向に対応する方向に走査を行うＹ軸用の撮像素子とが並列に設けられ、Ｘ軸用の撮像素子は指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２を横切る方向に走査を行って、図７（ｃ）に示す撮像信号ＳＸ１を出力する。図７（ｃ）内の信号部６７ＸがＸ軸のサーチマーク４５Ｘに対応し、その撮像信号ＳＸ１をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変化して画像処理することにより、指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２を基準とした第１サーチマーク４７ＡのＸ座標が検出される。
【０１０２】
同様に、Ｙ軸用の撮像素子は指標マーク６６Ｙ１，６６Ｙ２を横切る方向に走査を行って、図７（ｂ）に示す撮像信号ＳＹ１を出力する。図７（ｂ）内の信号部６７ＹがＹ軸のサーチマーク４５Ｙに対応し、その撮像信号ＳＹ１を画像処理することにより、指標マーク６６Ｙ１，６６Ｙ２を基準とした第１サーチマーク４７ＡのＹ座標が検出される。但し、指標マークの代わりに、例えばＦＩＡ顕微鏡５Ａ内の撮像素子の所定の画素、又は撮像管を使用する際には走査開始点等を基準として位置検出を行ってもよい。
【０１０３】
その後、ウエハステージを駆動して、図８（ｂ）に示すようにＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野５Ａａ内に第２サーチマーク４７Ｂを移動して（ステップ１１６）、ＦＩＡ顕微鏡５Ａで第２サーチマーク４７ＢのＸ方向、Ｙ方向の座標（ＦＸ２，ＦＹ２）を検出する（ステップ１１７）。次に、ステップ１０８において、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置を基準として、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に回転角θ、及びオフセット（（ＦＸ１＋ＦＸ２）／２，（ＦＹ１＋ＦＹ２）／２）を与えた新たな座標系（以下、「ＸＹθ変換座標」と呼ぶ）（ＸＰ ，ＹＰ）を導入する。この場合の回転角θは、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの間隔をＬとして次式で表される。
【０１０４】
【数１】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（ＦＹ２−ＦＹ１）／Ｌ｝
そして、新たなＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）は、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対して次式で表される。
【０１０５】
【数２】
【０１０６】
次に、ステップ１１９において、ＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）に従ってウエハステージを駆動して、図８（ａ）に示すようにＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野５Ａａ内に第１サーチマーク４７Ａを再び移動する。それに続くステップ１２０において、ステップ１１９が終了した状態でθ顕微鏡５Ｂの観察視野５Ｂａ内に存在するパターン（ストリートライン等）を撮像し、撮像された画像を記憶するか形状の特徴を記憶する。この動作につき図１０を参照して説明する。
【０１０７】
図１０（ａ）はステップ１１９が終了した状態でのＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出領域６８の画像を示し、この図１０（ａ）の画像をＹ軸の撮像素子でＹ方向に走査して得られる撮像信号ＳＹ１を図１１（ａ）に示す。このようにＸＹθ変換座標に従って移動すると、第１サーチマーク４７Ａの中心はＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出領域６８の中心に設定される。また、第１サーチマーク４７ＡのＹ軸用のサーチマーク４５Ｙに対応して、図１１（ａ）の撮像信号ＳＹ１は位置Ｙ１ ，Ｙ２ ，Ｙ３ で下側にピークとなっている。そこで、（Ｙ１ ＋Ｙ２ ＋Ｙ３）／３で求められるＹ座標ＹＡが第１サーチマーク４７ＡのＹ方向の位置として検出される。
【０１０８】
これに対し、図１０（ｂ）はステップ１１９が終了した状態でのθ顕微鏡５Ｂの検出領域６９内の画像を示し、この図１０（ｂ）において、Ｘ方向に伸びる２つのエッジ部７０ａ，７０ｂに挟まれたストリートライン領域７０の上下にそれぞれ、ショット領域４９Ａ内のパターン７１Ａ、及びショット領域４９Ｂ内のパターン７１Ｂがある。そして、本例のＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）の決定方法から、ストリートライン領域７０中に、ＸＹθ変換座標におけるＸＰ 軸、即ち座標ＹＰ の値が０となる直線が存在するため、その直線を一点鎖線の仮想直線７０ｃとする。本例では、図１０（ｂ）の画像をＹ方向（ほぼＹＰ 方向とみなしている）に対応する方向に走査することにより、図１１（ｂ）に示す撮像信号ＳＹ２を得る。この図１１（ｂ）において、下方向への２つのピークの位置ＳＲ１及びＳＲ２がそれぞれ、図１０（ｂ）のエッジ部７０ａ，７０ｂのＹ座標に対応する。そこで、図１０（ｂ）の仮想直線７０ｃに対応する図１１（ｂ）上での位置ＹＢ（即ち、ＹＰ ＝０となる位置）を求める。
【０１０９】
そして、本例では位置ＹＢと両隣の位置ＳＲ１，ＳＲ２とのそれぞれの間隔ΔＳＲ１，ΔＳＲ２を検出することにより、図１０（ｂ）における仮想直線７０ｃとストリートライン領域７０の２つのエッジ部７０ａ，７０ｂとのＹ方向への間隔を求め、これを図３の中央制御系１８内に記憶する。更に、エッジ部７０ａ，７０ｂとその他のパターン（パターン７１Ａ，７１Ｂ等）とを正確に識別できるように、図１１（ｂ）の撮像信号ＳＹ２中の位置ＳＲ１，ＳＲ２での信号強度、その他のパターンに対応する部分での信号強度、及び位置ＳＲ１，ＳＲ２とその他のパターンとの間隔等の特徴を求めて中央制御系１８内に記憶する。１ロット内のウエハでは２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂとストリートライン領域７０との位置関係は同じであるとみなして、２枚目以降のウエハに対しては、図１１（ｂ）の撮像信号ＳＹ２から位置ＳＲ１，ＳＲ２を識別し、位置ＳＲ１，ＳＲ２に基づいて座標ＹＰ が０となる位置ＹＢを検出するようにする。
【０１１０】
なお、上述の例では図１１（ｂ）の撮像信号ＳＹ２から２つのエッジのピークの位置ＳＲ１，ＳＲ２を識別しているが、その撮像信号ＳＹ２の波形をＡ／Ｄ変換して記憶し、次のウエハで得られた撮像信号の波形との相関をとることで座標ＹＰ が０となる位置ＹＢを検出する方法も考えられる。また、上述の例では図１０（ａ）に示すように、第１サーチマーク４７Ａの中心をＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出領域６８の中心に設定しているが、図１０（ｂ）に示すように、座標ＹＰ が０となる仮想直線７０ｃがθ顕微鏡５Ｂの検出領域６９の中心になるような新しい座標系を設定してもよい。
【０１１１】
次に、ステップ１２２に移行して、ウエハ６上の所定のショット領域に付設されたファインマーク４６Ｘ，４６Ｙの位置検出を行うことによりファインアライメントを行う。ここでは、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているようなエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式でファインアライメントを行う。即ち、ＸＹθ変換座標に基づいてウエハステージを駆動することにより、アライメントセンサ４を用いて、ウエハ６上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたＸ軸、及びＹ軸のファインマークの座標を検出し、この検出結果を統計処理してウエハ６上の全部のショット領域のＸＹθ変換座標での配列座標を算出する。
【０１１２】
その後、ステップ１２３において、そのファインアライメントで算出された各ショット領域の配列座標に基づいて順次ウエハステージを駆動して、ウエハ６上の各ショット領域を露光位置に位置決めしてそれぞれレチクル１のパターン像を投影露光する。この際に、最終的な位置調整ではウエハステージを静止した状態で、レチクル１側のステージを駆動してレチクルとウエハとの相対的な位置ずれ量を補正してもよい。これによってウエハ６への露光が終了し、ウエハ６が搬出された後に、このロット内で次に露光するウエハについて図１のステップ１０１〜１０８が実行されてプリアライメントが行われる。その後、そのウエハについて図２のステップ１１２及び１１３が実行されてステップ１１４に移行する。
【０１１３】
今度のウエハはこのロット内の２枚目以降であるため、動作はステップ１１４からステップ１２４に移行して、図８（ａ）と同様の状態でＦＩＡ顕微鏡５Ａにより第１サーチマーク４７ＡのＸ座標、及びＹ座標（ＦＸ１，ＦＹ１）を検出するのと同時に、θ顕微鏡５Ｂによってストリートライン領域７０の両側のエッジ部のＹ座標ＳＲ１，ＳＲ２を検出する。この際にステップ１２０で記憶した画像データより、ストリートライン領域７０の両側のエッジ部とそれ以外のパターンとの識別を行う。また、それらのＹ座標ＳＲ１，ＳＲ２より新たな座標系のＹＰ 軸の値が０となるときのＹ座標ＹＢを求める。
【０１１４】
そして、ステップ１２５において、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に回転角θ、及びオフセット（Ｏｘ，Ｏｙ）を与えた新たなＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）を導入する。この場合の回転角θは、ＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出中心とθ顕微鏡５Ｂの検出中心との間隔Ｌ’と、上述の計測値とを用いて次式で表される。
【０１１５】
【数３】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（ＹＢ−ＦＹ１）／Ｌ’｝
また、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの間隔Ｌを用いると、１次近似で第２サーチマーク４７Ｂの座標（ＦＸ２，ＦＹ２）はほぼ（ＦＸ１＋Ｌ，ＦＹ２＋θ・Ｌ）で与えられる。そこで、オフセット（Ｏｘ，Ｏｙ）をそれら２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの中点の座標として、新たなＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）は、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対して上述の（数２）で表される。その後はステップ１２２，１２３でそのウエハに対するアライメント及び露光が行われる。この際に、２枚目以降のウエハに対してはサーチアライメント時に、ＦＩＡ顕微鏡５Ａ及びθ顕微鏡５Ｂで同時計測を行い、Ｘ，Ｙ方向の位置及び回転角を一度に求めるため、計測時間が短縮されスループットが向上している。
【０１１６】
次に、使用するアライメントセンサがＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式で、且つサーチアライメントを行わない場合の説明を行う。この場合の動作はステップ１２１からステップ１２６に移行して、先ずモード選択が行われる。本例ではラフモードと、ファインモードとの２つのモードがある。本例では図１に示すプリアライメントの精度は例えば標準偏差の３倍（３σ）で２０μｍ程度であるため、ファインアライメント開始時の精度としては十分である場合（ラフモード）と、不十分である場合（ファインモード）とに分かれる。そこで、ラフモードのときにはステップ１２２に移行して、そのプリアライメントの精度のままで、例えば所定個数のサンプルショットの位置計測を行うことによりＥＧＡ方式のファインアライメントを行う。
【０１１７】
一方、ファインモードのときには、指定されたアライメントセンサを用いて、ウエハ上の離れた２箇所のショット領域に付設されたＸ軸、及びＹ軸のファインマークの座標を計測し（ステップ１２７）、その結果からステップ１１８と同様にＸＹθ変換座標を求める（ステップ１２８）。その後、ＸＹθ変換座標に従ってウエハステージを駆動することにより、３番目のサンプルショット以降、又は最初のショット領域も含めてそれぞれ、ファインマークの中心をアライメントセンサの検出領域のほぼ中心に設定して計測を行い（ステップ１２９）、計測終了後にステップ１２３で露光を行う。
【０１１８】
一般的には、ＬＳＡ方式やＦＩＡ方式では検出可能な範囲が広いため、スループットの点で有利なラフモードが選択されるが、例えばＦＩＡ方式の画像処理系の画面内ディストーションや倍率誤差等の影響を排除して高精度で測定を行うことが要求される場合は、画面ディストーション等を予め計測して補正するか、又はファインモードが望ましい。また、モード選択は予めプロセスに応じて選択するようにしてもよいが、プリアライメント精度の良否によって自動的にモード選択を行ってもよい。なお、図２のステップ１２４において、θ顕微鏡５Ｂの検出範囲内にパターンが存在しない場合は、検出対象パターン無しと判定して、先頭ウエハに対して行ったステップ１１５〜１１８を実行した後、ステップ１２２に移るシーケンスを自動的に選択する。
【０１１９】
なお、上述の実施の形態では、プリアライメント終了後にサーチアライメント又はファインアライメントに移行できることを前提とした。しかし、例えば他の露光装置でウエハ上の１層目への露光が行われており、その２層目に図３の投影露光装置で露光を行う場合で、且つそれら２つの露光装置間でアライメントセンサの設置位置等のマッチングが取れていないような場合には、ウエハが外形基準で正確に位置合わせされても、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂがアライメントセンサの観察視野に存在しない程、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置がＸ方向、Ｙ方向、回転方向にずれていることがある。このようなときには、ロットの第１ウエハにおいて、図１のプリアライメント終了後にオペレータの指示待ちとし、オペレータによってサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置のマニュアル計測を実施してもよい。そして、その結果をもとに、センターアップ回転機構用の回転角のオフセット、及びサーチアライメント位置のＸ方向、Ｙ方向へのオフセットを算出して補正してやれば、そのロットの第２ウエハ以降は図１のプリアライメント後に、図２のサーチアライメント又はファインアライメントに自動的に移行することが可能となる。
【０１２０】
また、上述の実施の形態では、ウエハのローディングポジション上にウエハのエッジ位置のセンサとしての２次元画像処理装置が設置されているが、ウエハサイズ等によってはそのローディングポジションにエッジ位置のセンサを配置するのが困難な場合もある。このようなときには、ウエハをセンターアップ３８上に搭載したままで、ウエハステージを駆動して外形計測可能な位置にウエハを移動してもよいし、又は一度ウエハをウエハホルダ３０上に設置してからウエハステージを駆動して外形計測可能な位置まで移動しても構わない。
【０１２１】
更に、本発明はステップ・アンド・リピート型の露光装置のみでなく、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置等の露光装置にも適用できる。
このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明の位置決め方法によれば、感光基板（ウエハ）の受け渡しが行われた直後に、２次元画像処理装置を用いて非接触で感光基板の外周部のエッジ計測を行うので、感光基板を基板ステージ上に降下させるのと並行して、感光基板の回転誤差の補正（プリアライメント）を行うことができる。従って、プリアライメントに要する時間を短縮できる。また、基板ステージ側に回転機構を設ける必要がないため、基板ステージ（ウエハステージ）の構成が簡略化でき、それにより基板ステージの剛性向上及び軽量化を図ることができ、結果として例えば基板のローダ系から基板ステージに感光基板を載置する際の感光基板の位置決めを高速且つ高精度に行うことができる利点がある。
【０１２３】
また、２次元画像処理系の観察視野内に接触式の位置決め方式でその感光基板をその基板ステージ上で位置決めする際の基準位置に対応する仮想的位置を設定し、その感光基板上の計測点の対応する仮想的位置からの位置ずれ量に基づいてその感光基板の位置決めを行っているため、接触式の位置決め（プリアライメント）を行う他の露光装置との間で、その大まかな位置決めを行う際（プリアライメント時）の高いマッチング精度を得ることができる。
【０１２４】
この場合、その感光基板の外周部のその切り欠き部が１つの楔状の切り欠き部であるときに、それら２次元画像処理系による計測点を、その切り欠き部に１箇所、及びそれ以外のその感光基板の外周部に２箇所設定したときには、それら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【０１２５】
一方、その感光基板の外周部のその切り欠き部がエッジが平坦な１つの切り欠き部であるときに、それら２次元画像処理系による計測点を、その切り欠き部に２箇所、及びそれ以外のその感光基板の外周部に１箇所設定したときには、それら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【０１２６】
また、感光基板を基板ステージ上に載置したときのその感光基板の位置を予測する際に、その感光基板をそのまま基板昇降手段を介してその基板ステージ上に載置した際のその接触式の位置決め方式で位置決めした場合との回転誤差、及び位置ずれ量を求め、その基板昇降手段を介してその感光基板をその基板ステージ上に載置する際にその回転誤差を補正し、その感光基板をその基板ステージ上に載置した後、その基板ステージを介してその位置ずれ量を補正するときには、その基板ステージの構成を簡略化して、その感光基板の位置決めを高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置合わせ方法の実施の形態の一例のプリアライメント工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明による位置合わせ方法の実施の形態の一例のサーチアライメント工程、及びファインアライメント工程を示すフローチャートである。
【図３】図１及び図２の位置合わせ方法を実施するための投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】図３の投影露光装置で用いられるウエハ搬送装置、ウエハの受け渡し機構、及びターンテーブル機構等を示す図である。
【図５】（ａ）はオリエンテーションフラット部を有するウエハを示す平面図、（ｂ）はノッチ部を有するウエハを示す平面図である。
【図６】ウエハのエッジ部を検出するための２次元の画像処理装置５０の一例を示す一部を切り欠いた構成図である。
【図７】ウエハのノッチ部の検出方法の一例の説明に供する図である。
【図８】（ａ）は第１ファインマーク４７ＡがＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野内にある場合を示す平面図、（ｂ）は第２ファインマーク４７ＢがＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野内にある場合を示す平面図である。
【図９】（ａ）はその実施の形態の一例において、１番目のウエハの第１サーチマーク４７Ａの観察画像を示す図、（ｂ）は図９（ａ）をＹ方向に走査して得られる撮像信号を示す波形図、（ｃ）は図９（ａ）をＸ方向に走査して得られる撮像信号を示す波形図である。
【図１０】（ａ）は２番目以降のウエハの第１サーチマーク４７Ａの観察画像を示す図、（ｂ）はその際にθ顕微鏡５Ｂで観察される画像を示す図である。
【図１１】（ａ）は図１０（ａ）の画像に対応する撮像信号を示す波形図、（ｂ）は図１０（ｂ）の画像に対応する撮像信号を示す波形図である。
【図１２】画像処理装置５０の別の例を示す一部を切り欠いた構成図である。
【図１３】ウエハの種々のノッチ部及びオリエンテーションフラット部の説明図である。
【図１４】ラインセンサ、又は２次元の画像処理装置を用いてウエハ６の外周のエッジ位置を検出する方法の説明図である。
【図１５】ノッチ部を有するウエハ６Ｎに対して接触方式のプリアライメント機構とのマッチングを取りながらエッジ位置の検出を行う方法の説明図である。
【図１６】オリエンテーションフラット部を有するウエハ６に対して接触方式のプリアライメント機構とのマッチングを取りながらエッジ位置の検出を行う方法の説明図である。
【図１７】従来の投影露光装置に用いられるウエハの受け渡し機構を示す構成図である。
【図１８】ウエハの再載置を行うかどうかを判定する動作、及びその再載置の動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ レチクル
３ 投影光学系
４ ＬＩＡ方式、及びＬＳＡ方式のアライメントセンサ
５Ａ ＦＩＡ方式のアライメントセンサ（ＦＩＡ顕微鏡）
５Ｂ ＦＩＡ方式のアライメントセンサ（θ顕微鏡）
６，６Ｎ ウエハ
１０ Ｚチルト駆動部
１１ Ｘステージ
１２ Ｙステージ
１５ アライメント制御系
１６ ステージ制御系
１８ 中央制御系
２１，２２ ウエハアーム
２３ スライダー
２９ 試料台
３８ センターアップ
５０，５１，５２ ２次元の画像処理装置
８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ 観察視野
Ａ，Ｂ，Ｅ，Ａ１，Ｂ１，Ｅ１ 仮想位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置でマスク上のパターンを感光基板上に露光する際の感光基板の位置決め方法に関し、特に露光装置のステージ上で感光基板の大まかな位置決め（プリアライメント）を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子又は液晶表示素子等を製造する際に使用される投影露光装置（ステッパー等）、又はプロキシミティ方式の露光装置等の露光装置においては、マスクとしてのレチクル上に形成された回路パターンを感光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写するために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。
【０００３】
このためのアライメントセンサとしては、特開平５−２１３１４号公報に開示されているように、レーザ光をウエハ上のドット列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を用いてそのマークの位置を検出するＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ハロゲンランプを光源とする波長帯域幅の広い光で照明して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計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、あるいはウエハ上の回折格子状のアライメントマークに、例えば周波数を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置を計測するＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等のアライメントセンサがある。また、アライメント方式は、投影光学系を介してウエハの位置を測定するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、投影光学系及びレチクルを介してレチクルとウエハとの位置関係を測定するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式、及び投影光学系を介することなく直接ウエハの位置を測定するオフ・アクシス方式に大別される。
【０００４】
これらのアライメントセンサによりウエハステージ上に載置されたウエハの少なくとも２点の位置検出を行うことにより、並進方向ばかりでなく回転方向の位置（回転角）の検出も行われる。ウエハの回転角の計測にも使用されるセンサとしては、ＴＴＬ方式でＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ＴＴＬ方式でＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、又はオフ・アクシス方式でＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサ等がある。
【０００５】
露光装置に対しては、これらのアライメントセンサの検出結果よりレチクルとウエハとを高精度に位置合わせするのと同時に、このアライメントに要する時間を短縮し、高いスループット（単位時間当たりのウエハの処理枚数）を維持することも求められている。従ってウエハをウエハステージへ搬送する段階から最終露光に至る全ての段階で処理効率を高めることが必要となる。ここで、従来の露光装置における最終的なアライメントに至る前のウエハの受け渡し工程における動作について、図１７を参照して説明する。
【０００６】
図１７は、従来の露光装置におけるウエハの受け渡し機構を説明するためのウエハステージ周辺の構成を示し、この図１７においてウエハ搬送装置（不図示）から、Ｘステージ１１上の伸縮機構２０を介して設けられたセンターアップ１９上にウエハ６が受け渡された状態が示されている。センターアップ１９は、試料台９、θ回転補正機構８、及びウエハホルダ７の開口にそれぞれ遊嵌する３本のスピンドル部（図１７ではその内２本のスピンドル部１９ａ，１９ｂを示す）を有し、伸縮機構２０の上下の移動により３本のスピンドル部が、ウエハホルダ７との間でウエハ６の受け渡しを行うためにウエハ６を上下させるようになっている。また、センターアップ１９のウエハの裏面との３箇所の接触部は外部の真空ポンプにより吸引（真空吸引）されており、センターアップ１９を上下させるときにウエハ６がずれないようになっている。
【０００７】
そして、従来はセンターアップ１９を降下させてウエハ６をウエハホルダ７上に載置した後、例えば複数本のピンに対してウエハ６の側面を押し当てることによって、接触式のプリアライメントが行われていた。このプリアライメントによって、ウエハ６の回転方向、及び並進方向の大まかな位置決めが行われた後、ウエハホルダ７上にウエハ６が真空吸着されていた。
【０００８】
このように、ウエハ６がウエハホルダ７上に真空吸着により静置された後、ＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式等のアライメントセンサによってウエハ６の表面の両端に形成されているアライメントマーク（サーチマーク）の検出信号を生成し、例えばその検出信号がピークとなるときの、試料台９の端部に固定された移動鏡１３と外部のレーザ干渉計とにより計測される試料台９の座標を求めることにより、ウエハステージ系の座標系上でのウエハの横ずれ誤差、及び回転誤差が算出される。その結果に基づいて試料台９上のθ回転補正機構（θテーブル）８を駆動してウエハ６の回転誤差を取り除き、レチクルとウエハ６との回転方向の位置合わせ（サーチアライメント）を行う構成となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の如き従来の技術においては、ウエハステージ系の座標系の基準となる移動鏡１３を設置した試料台９とウエハ６との間にウエハを回転させるためのθ回転補正機構８が設けられているので、ウエハ６を吸着するウエハホルダ７の真空系の吸着力が弱い場合にウエハ６の横ずれが発生したり、試料台９上に複雑な機構が設けてあるのでステージ全体の剛性が弱くなったり、ステージ全体の重量が増すことによりステージ制御性能が向上しないという不都合があった。そこで、例えばθ回転補正機構を試料台９の下に配置することも考えられるが、θ回転補正機構を駆動してウエハ６の回転角を調整するときに、試料台９上の移動鏡１３に入射するレーザ干渉計からの光ビームの角度が変化するので、θ回転補正機構８の回転角が制限され、例えばウエハのプリアライメント精度が悪い場合、それを十分に修正できないという不都合があった。
【００１０】
更に、従来の露光装置ではウエハホルダ７上にウエハ６を吸着した後、上述のようにＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式の１つのアライメントセンサによりウエハ６上の２箇所のアライメントマーク（サーチマーク）の位置を検出して、ウエハの横ずれ誤差及び回転誤差を検出していた。しかしながら、そのように１つのアライメントセンサによって２箇所のアライメントマークを検出する場合、各マークが順次そのアライメントセンサの検出領域に入るようにウエハ６を移動する必要があり、１ロット内の全部のウエハについてそのような動作を繰り返すことは露光工程のスループットを低下させる要因となっていた。また、これを回避するために、それら２箇所のアライメントマークを同時に検出するように２つのアライメントセンサを配置するのは、露光装置に設けられた２つのアライメントセンサの配置によって、ウエハ上の２つのアライメントマークの配置が制約を受けてしまうため、例えば大きさの異なるウエハ等への対応が困難であるという不都合がある。
【００１１】
これに関して、２つのアライメントセンサの間隔を可変にする機構も考えられるが、このような可変機構は複雑であり、各種センサ等が配置されているウエハステージの周辺には配置しにくいと共に、製造コストが大幅に上昇するという不都合もある。
また、従来はウエハをウエハホルダ７上に載置した後、接触式のプリアライメント機構を用いてウエハの大まかな位置決めが行われていたが、このようにウエハをウエハホルダ７上に載置した後にプリアライメントを行うのでは、スループットを高められないという不都合があった。但し、仮に新たに高いスループットが得られるプリアライメント機構が提案された場合でも、既に接触式のプリアライメント機構を備えた他の露光装置とのマッチングを取れることが望ましい。
【００１２】
本発明は斯かる点に鑑み、ウエハステージの構成が簡略化でき、それによりウエハステージの剛性向上及び軽量化を図ることができ、結果として例えばウエハローダ系からウエハステージにウエハを載置する際のウエハの位置決めを高速且つ高精度に行うことができる位置決め方法を提供することを目的とする。
更に本発明は、例えば接触式のプリアライメントを行う他の露光装置との間で、プリアライメント時の高いマッチング精度を得ることができる位置決め方法を提供することをも目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の位置決め方法は、２次元的に移動自在な基板ステージ（１１，１２）上に保持された実質的に円形で外周部の一部に切り欠き部（ＦＰ；ＮＰ）を有する感光基板（６；６Ｎ）上にマスクパターンを転写する際の前処理工程として、基板ステージ（１１，１２，２９）上にその感光基板を位置決めするための位置決め方法において、感光基板（６；６Ｎ）を基板ステージ（１１，１２，２９）の上方の所定の受け渡し点に搬送するものである（ステップ１０１，１０２）。
【００１４】
更に本発明は、この受け渡し点でその感光基板の外周部の切り欠き部（ＦＰ；ＮＰ）に設定された１箇所以上の計測点（Ｆ；Ｃ１，Ｄ１）、及びその感光基板の外周部の他の１箇所以上の計測点（Ｃ，Ｄ；Ｆ１）の位置をそれぞれ２次元画像処理系（５０，５１，５２）を用いて非接触に計測すると共に（ステップ１０３）、それら２次元画像処理系の観察視野（８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ）内に接触式の位置決め方式でその感光基板をその基板ステージ上で位置決めする際の基準位置に対応する仮想的位置（Ａ，Ｂ，Ｅ；Ａ１，Ｂ１，Ｅ１）を設定し、それら２次元画像処理系により計測されるそれら計測点の位置のその仮想的位置からのずれ量、及びその感光基板を所望の角度回転してその受け渡し点からその基板ステージ上に設定するための基板昇降手段（３５〜３８）について予め計測された回転中心の座標より、その感光基板をその基板ステージ上に載置したときのその感光基板の位置を予測し（ステップ１０４）、このように予測された結果に基づいて、その感光基板をその基板ステージ上でその接触式の位置決め方式で位置決めした場合と同じ位置に位置決めする（ステップ１０６）ものである。
【００１５】
斯かる本発明によれば、基板ステージ（１１，１２，２９）から離れた位置にある感光基板（６，６Ｎ）の受け渡し点で例えばその感光基板の回転誤差が検出されるため、例えばその受け渡し点からその感光基板をその基板ステージ上に載置する際に、基板昇降手段（３５〜３８）を介してその回転誤差を補正することができる。従って、その基板ステージ側には回転補正機構を設ける必要がなくなり、その基板ステージの構成が簡略化でき、それによりその基板ステージの剛性向上及び軽量化を図ることができ、結果として例えば基板搬送系（ウエハローダ系等）からその基板ステージ上に感光基板を載置する際の感光基板の位置決めを高速且つ高精度に行うことができる。
【００１６】
また、２次元画像処理系（５０，５１，５２）の観察視野（８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ）内に接触式の位置決め方式でその感光基板をその基板ステージ上で位置決めする際の基準位置に対応する仮想的位置（Ａ，Ｂ，Ｅ；Ａ１，Ｂ１，Ｅ１）を設定し、その感光基板上の計測点の対応する仮想的位置からの位置ずれ量に基づいてその感光基板の位置決めを行っているため、接触式の位置決め（プリアライメント）を行う他の露光装置との間で、その大まかな位置決めを行う際（プリアライメント時）の高いマッチング精度を得ることができる。
【００１７】
この場合、その感光基板の外周部のその切り欠き部が１つの楔状の切り欠き部（ＮＰ）であるときには、それら２次元画像処理系による計測点は、切り欠き部（ＮＰ）に１箇所（Ｆ）、及びそれ以外のその感光基板の外周部に２箇所（Ｃ，Ｄ）設定されることが望ましい。これはその切り欠き部がノッチ部のような凹部であることを意味するが、この場合にそれら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【００１８】
一方、その感光基板の外周部のその切り欠き部がエッジが平坦な１つの切り欠き部（ＦＰ）であるときには、それら２次元画像処理系による計測点は、切り欠き部（ＦＰ）に２箇所（Ｃ１，Ｄ１）、及びそれ以外のその感光基板の外周部に１箇所（Ｆ１）設定されることが望ましい。これはその切り欠き部がオリエンテーションフラット部のような平坦な切り欠き部であることを意味するが、この場合にそれら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【００１９】
また、感光基板（６；６Ｎ）を基板ステージ（１１，１２，２９）上に載置したときのその感光基板の位置を予測する際に、その感光基板をそのまま基板昇降手段（３５〜３８）を介してその基板ステージ上に載置した際のその接触式の位置決め方式で位置決めした場合との回転誤差、及び位置ずれ量を求め、その基板昇降手段を介してその感光基板をその基板ステージ上に載置する際にその回転誤差を補正し、その感光基板をその基板ステージ上に載置した後、その基板ステージを介してその位置ずれ量を補正することが望ましい。これによって、その基板ステージの構成を簡略化して、その感光基板の位置決めを高速に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による位置決め方法の実施の形態の一例につき、図１〜図１６を参照して説明する。本例は、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショット領域に縮小投影するステッパー型の投影露光装置でウエハのロード、及びアライメントを行う場合に本発明を適用したものである。
【００２１】
図３は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図３において、水銀灯等からなる光源、フライアイレンズ、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学系ＩＡからの照明光ＩＬのもとで、レチクル１上のパターンが投影光学系３を介して例えば１／４や１／５に縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハ６の各ショット領域に投影露光される。以下、図３の投影光学系３の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図３の紙面に平行にＸ軸を、図３の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００２２】
レチクル１は、レチクル架台３１上に載置されたレチクルステージ３２上に保持されている。レチクルステージ３２は不図示のレチクル駆動系によりＸＹ平面での並進移動及びθ方向（回転方向）への回転ができるようになっている。レチクルステージ３２の上端部にはＸ方向、Ｙ方向共に移動鏡３３が設置されており、移動鏡３３とレチクル架台３１上に固定されたレーザ干渉計３４とによってレチクルステージ３２のＸ方向、Ｙ方向の位置が例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出され、同時にレチクルステージ３２の回転角も検出されている。レーザ干渉計３４の測定値はステージ制御系１６に送られ、ステージ制御系１６はその情報に基づいてレチクル架台３１上のレチクル駆動系を制御する。また、ステージ制御系１６から中央制御系１８にレーザ干渉計３４の測定値の情報が供給されており、中央制御系１８はその情報に基づいてステージ制御系１６を制御する構成となっている。
【００２３】
一方、ウエハ６は、Ｘステージ１１上の試料台２９に固定されたウエハホルダ３０上に真空吸着により保持されている。試料台２９はウエハ６の、投影光学系３の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）の位置及びチルト（傾き）を補正するＺチルト駆動部（本例では３個のそれぞれＺ方向に移動される部材よりなる）１０に支持され、Ｚチルト駆動部１０はＸステージ１１上に固定されている。また、Ｘステージ１１はＹステージ１２上に載置され、Ｙステージ１２はウエハベース１４上に載置され、それぞれ不図示のウエハステージ駆動系を介してＸ方向及びＹ方向に移動できるように構成されている。また、試料台２９の上端部にはＬ字型の移動鏡１３が固定され、この移動鏡１３と移動鏡１３に対向する方向に配置されたレーザ干渉計１７とにより試料台２９のＸ方向、Ｙ方向の座標及び回転角が検出される。レーザ干渉計１７で計測される座標（Ｘ，Ｙ）により規定される座標系をウエハステージの座標系（ステージ座標系）（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。
【００２４】
レーザ干渉計１７の測定値はステージ制御系１６に送られ、ステージ制御系１６はその情報に基づいてウエハステージ駆動系を制御する。また、ステージ制御系１６から中央制御系１８にレーザ干渉計１７の測定値の情報が供給されており、中央制御系１８はその情報に基づいてステージ制御系１６を制御する構成となっている。また、ウエハステージの近傍にはウエハを受け渡しするためのウエハ搬送装置３９（図４（ａ）参照）が配置され、ウエハステージ内にはウエハの受け渡し機構が備えられているが、これについては後で詳しく説明する。
【００２５】
更に、本例の投影露光装置にはレチクル１とウエハ６との位置合わせを行うためのＴＴＬ方式のアライメントセンサ４、及びオフ・アクシス方式でＦＩＡ（撮像方式）方式の２つのアライメントセンサ５Ａ及び５Ｂが備えられている。本例のアライメントセンサ４の中には、ＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサと、ＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサとが並列に組み込まれており、必要なアライメント精度等に応じて何れかの方式を使用する。アライメント時には、これらのアライメントセンサ４，５Ａ，５Ｂの何れかによりウエハ６上に形成されたアライメントマークの位置、又は所定のパターンの位置を検出し、その検出結果に基づき、常時ウエハ６の各ショット領域に前工程で形成されたパターンとレチクル上のパターンとを正確に位置合わせする。これらのアライメントセンサ４，５Ａ，５Ｂからの検出信号はアライメント制御系１５によって処理され、アライメント制御系１５は中央制御系１８により制御されている。また、試料台２９上に、ウエハ６の表面と同じ高さの表面を有する基準マーク部材４３が固定され、基準マーク部材４３の表面にはアライメントの基準となるマークが形成されている。
【００２６】
以上のように、ステージ制御系１６及びアライメント制御系１５は中央制御系１８により制御され、中央制御系１８が投影露光装置の全体を統轄的に制御して、一定のシーケンスで露光動作が行われる構成となっている。
次に、本例では投影光学系３のウエハ側の端部付近に３個のオフ・アクシス方式の２次元の画像処理装置５０，５１，５２が配置されている。これらの画像処理装置５０〜５２はそれぞれ、ウエハが後述のようにウエハホルダ３０の上方のローディングポジション（受け渡し位置）に搬送されたときに、ウエハの外周部のエッジ部の像を撮像するものである。画像処理装置５０〜５２からの撮像信号がアライメント制御系１５に供給され、アライメント制御系１５では供給された撮像信号からその受け渡し位置にあるウエハの横ずれ誤差、及び回転誤差を算出する。画像処理装置５０〜５２の配置及び構成については後述する。
【００２７】
次に、ウエハ搬送系及びウエハステージ上のウエハの受け渡し機構について図４を参照して説明する。なお、ウエハステージはウエハホルダ３０、試料台２９、Ｚチルト駆動部１０、Ｘステージ１１、Ｙステージ１２、及びウエハベース１４を総称するものである。
図４（ａ）は本例のウエハ搬送系及びウエハステージ周辺の構成の平面図、図４（ｂ）はその側面図を示す。図４（ａ）及び（ｂ）において、ウエハステージの−Ｘ方向の上方には、ウエハを受け渡しするためのウエハ搬送装置３９が配置されている。ウエハ搬送装置３９はＸ方向に直列に並んだウエハアーム２１，２２、それらのウエハアーム２１，２２を所定の位置までスライドさせるスライダー２３、及びウエハアーム２１，２２を駆動する不図示のアーム駆動系から構成されている。また、スライダー２３は露光装置本体とは独立に設置されており、スライダー２３の駆動時の振動が露光装置本体側に伝わらないようになっている。更に、２つのウエハアーム２１，２２は共にＵ字状の平板部を有し、それらの上表面にウエハが載置されるようになっている。これらの２つのウエハアーム２１，２２により露光後のウエハをアンロード（搬出）すると同時に、次のウエハをロードできるようになっている。
【００２８】
即ち、ウエハアーム２１，２２は、ローダ制御装置２４からの指令に基づき、スライダー２３に沿って、ウエハがウエハステージ系に受け渡されるローディングポジションまで移動し、ウエハアーム２２により露光された前のウエハ６Ａを搬出する。その後、ウエハアーム２１により次に露光されるウエハ６をウエハステージ上に移動し、センターアップ３８上に載置する。図４（ｂ）は、スライダー２３上のウエハアーム２２に露光済みのウエハ６Ａが載置され、ウエハアーム２１からセンターアップ３８の先端部にウエハ６が渡された状態を示している。
【００２９】
センターアップ３８は、Ｘステージ１１上に設けられた伸縮機構３５に支持され、試料台２９、及びウエハホルダ３０の開口にそれぞれ遊嵌する３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃを有し、伸縮機構３５の上下方向（Ｚ方向）への移動により３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃがウエハを上下させてウエハの受け渡しが行われる。３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端にはそれぞれ真空吸着用の吸着孔が形成され、それらの先端はウエハの受け渡し時にはウエハアーム２１，２２との間で受け渡しのできる高さまで移動し、ウエハをウエハホルダ３０上に載置する際には、ウエハホルダ３０の表面より低い位置まで移動する。また、スピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端を真空吸引することにより、センターアップ３８を上下させるときにウエハがずれないようになっている。
【００３０】
また、その伸縮機構３５はその中心軸３５Ｚを中心としてＸＹ平面上で回転自在に支持され、Ｘステージ１１上に設けられた回転駆動系３６により回転する駆動軸３７と係合して、回転駆動系３６を制御する中央制御系１８からの指令により所望の角度まで回転できるようになっている。この回転駆動系３６、駆動軸３７、及び伸縮機構３５からなる回転系は十分な角度設定分解能を持っており、一例として２０μｒａｄの精度でウエハ６を上から見て時計回り、又は反時計回りの何れにも回転させることができる。
【００３１】
また、図４（ｃ）はウエハ搬送系のターンテーブル６０を示し、この図４（ｃ）において、ターンテーブル６０上のウエハ６が図４（ｂ）のウエハアーム２１を介してセンターアップ３８に渡される。また、ターンテーブル６０の近傍にスリット状の光ビームをウエハ６の外周部に照射する投光部６１ａと、ウエハ６の外周部を通過した光ビームを受光して光電変換する受光部６１ｂとを含む偏心センサ６１が配置され、受光部６１ｂからの検出信号Ｓ１が図４（ｂ）の中央制御系１８に供給されている。なお、本例の受光部６１ｂは１個のフォトダイオードよりなるが、それ以外に例えば１次元のラインセンサ等を使用して直接ウエハの外周部の位置を検出してもよい。この場合、本例のウエハ６は、図４（ａ）に示すように外形が円形で、外周部の一部が平坦なオリエンテーションフラット部ＦＰに加工されているものである。
【００３２】
そのため、図４（ｃ）において、ターンテーブル６０によりウエハ６を吸着保持した状態で回転すると、ウエハ６の偏心及びオリエンテーションフラット部の存在によって偏心センサ６１内を通過するウエハ６の幅が変化する。そして、図４（ｄ）に示すように、ターンテーブル６０の回転角φに対して受光部６１ｂから出力される検出信号Ｓ１は、正弦波状で、且つオリエンテーションフラット部に対応する部分６２で低レベルとなるように変化する。中央制御系１８では、その検出信号Ｓ１及びターンテーブル６０の回転角φより、偏心センサ６１の中心にそのオリエンテーションフラット部が位置しているときの回転角φＦ 、及びウエハ６の偏心量を求め、そのオリエンテーションフラット部が所定の方向になるようにしてターンテーブル６０を静止させる。また、中央制御系１８は、その偏心量の情報に基づいて、そのウエハ６をローディングポジションで受け取る際のウエハ用の試料台２９の位置を調整する。
【００３３】
更に、中央制御系１８では、図４（ｄ）に示すように、上述の３個の画像処理装置５０〜５２による計測点に対応する回転角φＡ，φＢ，φＣ における検出信号Ｓ１、及び所定の回転角φＤ における検出信号Ｓ１をデジタルデータとして記憶しておく。これに関して、例えば露光装置の仕様上で回転角φＡ，φＢ，φＣ に対応する計測点でのウエハ６の位置を計測する必要があるときでも、露光装置のウエハステージの構造上で回転角φＣ に対応する位置には画像処理装置５２を配置することが困難で、回転角φＤ に対応する位置に画像処理装置５２を配置せざるを得ないことがある。更には、画像処理装置を３個ではなく２個しか配置できないような場合もあり得る。先ず、前者の場合には、中央制御系１８では、例えば回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ での検出信号Ｓ１の値、及び回転角φＡ，φＢ，φＤ に対応する計測点でのウエハ６の外周部の位置の計測値より、回転角φＣ に対応する計測点での計測値を推定し、この推定値を用いてウエハ６の横ずれ量や回転誤差を算出する。また、後者の場合には、中央制御系１８では、回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ での検出信号Ｓ１の値、及び例えば回転角φＢ，φＤ に対応する計測点でのウエハ６の外周部の位置の計測値より、回転角φＡ，φＣ に対応する計測点での計測値を推定し、これらの推定値を用いてウエハ６の横ずれ量や回転誤差を算出する。
【００３４】
一般にこのような算出方法は、他の露光装置に位置決めピンを使用した機械的なプリアライメント機構が搭載されている場合等で、回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ に対応する位置が、機械的な基準位置となっているときのマッチング用として使用される。但し、本例では後述のように、接触式のプリアライメント機構を用いてプリアライメントを行う場合とほぼ同一の計測点において、２次元の画像処理装置５０〜５２を介してウエハ６の位置を計測することができるため、図４（ｃ）に示す偏心センサ６１を用いて接触式のプリアライメント機構とのマッチングを行う必要があるのは、主に画像処理装置５０〜５２による観察視野をその接触式のプリアライメント機構のピンの位置の近傍に設定できない場合である。
【００３５】
次に、画像処理装置５０〜５２の配置及び構成について詳細に説明する。
先ず、図５（ａ）はローディングポジションにあるウエハ６を示し、この図５（ａ）において、ウエハ６の外周の３箇所のエッジ部に図３の３個の画像処理装置５０，５１，５２のそれぞれの観察視野５０ａ，５１ａ，５２ａが設定されている。なお、実際の画像処理の対象（観察視野）は矩形領域であるが、説明の便宜上円形領域として表している。この場合、２個の観察視野５０ａ及び５１ａがオリエンテーションフラット部ＦＰ上に設定され、残りの１個の観察視野５２ａが円周上に設定されている。このようにウエハ６の外周の３箇所のエッジ部の位置を検出することにより、ウエハ６の受け渡し後に瞬時にウエハ６のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量（横ずれ量）、及び回転誤差の検出、即ちプリアライメント用の検出が行われる。
【００３６】
そのように横ずれ量、及び回転誤差が検出された場合、Ｘ方向、Ｙ方向の位置ずれの補正は、ウエハ６がウエハホルダ３０上に載置された後に実行される後述のサーチアライメント時の検出位置を調整することで行われる。一方、回転誤差の補正は、図４（ｂ）において、センターアップ３８が下降してウエハ６がウエハホルダ３０に接触する前に、回転駆動系３６を介してセンターアップ３８を回転することにより行われる。
【００３７】
また、ウエハの中にはオリエンテーションフラット部の代わりに、図５（ｂ）に示すように円形の外周の一部にＶ字型のノッチ部ＮＰが形成されたウエハ６Ｎもある。このようなウエハ６Ｎに対しては、それら３個の観察視野５０ａ〜５２ａは、１個の観察視野５１ａがノッチ部ＮＰを覆い、他の２個の観察視野５０ａ，５２ａが円形の外周のエッジ部を覆うように設定される。この配置により、ウエハ６の受け渡し後に瞬時に、ノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎの横ずれ量、及び回転誤差が検出される。
【００３８】
図６は、本例の画像処理装置５０の一例の構成を示し、この図６において、ランプ、又は発光ダイオード等の光源５８からのフォトレジストに対する感光性の弱い波長帯の照明光が、光ガイド５７の一端に集光される。そして、光ガイド５７の他端から射出された照明光が、コリメータレンズ５６、ハーフプリズム５４、及び対物レンズ５３を介して、３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端上のローディングポジションにあるウエハ６の外周のエッジ部に照射されている。そのエッジ部からの反射光が、対物レンズ５３、ハーフプリズム５４、及び結像レンズ５５を経て２次元ＣＣＤ等からなる撮像素子５９の撮像面にそのエッジ部の像を形成する。撮像素子５９からの撮像信号がアライメント制御系１５に供給され、アライメント制御系１５ではその撮像信号よりウエハ６の検出対象のエッジの位置を求める構成となっている。
【００３９】
また、図１２は本例の画像処理装置５０の別の構成例を示す。この図１２において、ランプ又は発光ダイオード等の不図示の光源からのフォトレジストに対する感光性の弱い波長帯の照明光が、光ガイド７２の一端に集光される。そして、光ガイド７２の他端から射出された照明光が偏向ミラー７３により折り曲げられて、試料台２９Ａの上面の開口部７５を通して射出される。試料台２９Ａ上に配置されたウエハホルダ３０Ａには、その開口部７５を通過した照明光を通すための切り欠き部７４が設けてあり、３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端上のローディングポジションにあるウエハ６の外周のエッジ部に開口部７５、切り欠き部７４を通過した照明光が照射されるように構成されている。そして、そのエッジ部の近傍を透過した照明光が対物レンズ５３Ａ、結像レンズ５５Ａを経て、２次元ＣＣＤ等からなる撮像素子５９の撮像面にそのエッジ部の像を形成する。撮像素子５９からの撮像信号がアライメント制御系１５に供給され、アライメント制御系１５ではその撮像信号よりウエハ６の検出対象のエッジの位置を求める構成となっている。
【００４０】
前記の何れの画像処理装置を使用しても、ウエハ６はセンターアップ３８（スピンドル部３８ａ〜３８ｃ）上に載置されているため、図６の２点鎖線で示すようにウエハ６の外周のエッジ部は僅かに下方（−Ｚ方向）に撓んでいる。また、ウエハ６の厚さのばらつきによりその撓み量が異なるため、その対物レンズ５３及び結像レンズ５５よりなる結像光学系は、テレセントリック光学系で、且つ焦点深度が大きい開口数ＮＡを有する必要がある。照明光の波長をλとすると、焦点深度はほぼλ／ＮＡ２ に比例するため、開口数ＮＡを小さくすることにより大きな焦点深度が得られ、その結果としてウエハ６の中で最も大きく撓んでいる部分のエッジ部をも正確に検出できるようになる。例えば、照明光の波長λが０．６３３μｍの場合には、開口数ＮＡを０．０３程度にすれば、０．５ｍｍ以上の焦点深度が得られ、２０μｍ程度の分解能が得られる。一般に、分解能の１／１０程度が検出能力となるので、検出能力は２μｍ程度となり、高精度なアライメントが可能となる。
【００４１】
なお、例えば図５（ａ）において、特に正確に接触式のプリアライメント機構とのマッチングを取る必要が無い場合には、オリエンテーションフラット部ＦＰや、ウエハの外周の通常のエッジ部の位置検出を行うためには必ずしも２次元の画像処理を行う必要はなく、それぞれ当該エッジ部の法線方向を計測方向とするラインセンサのような１次元の撮像素子、又はその法線方向を走査方向とする撮像管（ＩＴＶ）からの撮像信号を処理してもよい。これは、それらの位置検出方向が１次元であり、例えば図５（ａ）の場合には３箇所の１次元の位置検出結果より、ウエハ６のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量、及び回転誤差を求めることができるからである。
【００４２】
それに対して、正確に接触式のプリアライメント機構とのマッチングを取る必要のある場合で、且つウエハのエッジ部検出用の画像処理装置としてラインセンサを使用する場合に、ローディングポジションへのウエハの搬送精度が悪いと、そのラインセンサの検出領域からマッチングを取るべきウエハの外周位置が外れて、マッチング誤差が大きくなることがある。これについて図１４を参照して説明する。
【００４３】
先ず、図１４（ａ）は、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰを横切るように２つのラインセンサの直線状の観察視野（検出領域）５０ａ１及び５１ａ１が設定され、ウエハ６の円周上に１つのラインセンサの直線状の観察視野５２ａ１が設定されている場合を示している。そして、図１４（ｃ）はそれらの観察視野の内の観察視野５０ａ１の拡大図を示し、この図１４（ｃ）において、ウエハ６の外周６ａ上の観察視野５０ａ１は、例えば前回の露光工程で接触式のプリアライメント機構の位置決め用の基準ピン８１Ａが接触した計測点Ａから非計測方向に離れた位置にある。このとき、計測点Ａを通り計測方向に平行な直線８２Ａがマッチング位置を示す。このように観察視野５０ａ１がマッチング位置からずれていると、ウエハ６の外周部６ａの凹凸によって、観察視野５０ａ１内の計測点８３Ａでの位置と計測点Ａでの位置との間に大きな誤差（マッチング誤差）Δ１が生ずる恐れがある。
【００４４】
このような場合、既に説明したように図４（ｃ）のターンテーブル６０及び偏心センサ６１を用いて、図４（ｄ）に示すように、所定の回転角φＡ，φＢ，φＣ，φＤ でのウエハの偏心量を計測し、この計測値を用いて補正を行うことができる。それ以外の補正方法として、ラインセンサの観察視野（検出領域）５０ａ１の非計測方向の幅をその搬送精度程度に広げる方法もある。この方法では、図１４（ｃ）に示すように、非計測方向に位置決め用のピン８１Ａが接触した計測点Ａを含む程度に広がった観察視野５０ａ１’を有するラインセンサを使用する。この場合、観察視野５０ａ１’内の画像は、非計測方向に対して光学的、又は電気的に積分されるため、その観察視野５０ａ１’内でのウエハ６の外周６ａの位置は平均線８４Ａで示す位置となる。その平均線８４Ａは、スリット状の観察視野５０ａ１を用いた場合の計測点８３Ａよりも、計測方向にマッチング対象の計測点Ａに近いため、平均線８４Ａの位置と計測点Ａでの位置との間のマッチング誤差Δ２は、上記の誤差Δ１より小さくなる。即ち、ラインセンサの観察視野（検出領域）を非計測方向に広げて平均化効果を持たせることによって、接触式のプリアライメント機構とのマッチング誤差を低減することができる。
【００４５】
更に、ラインセンサではなく、本例のように２次元の画像処理装置５０〜５２を用いることによっても、マッチング誤差を低減することができる。
図１４（ｄ）は２次元の画像処理装置を用いた場合の図１４（ｃ）に対応する観察視野を示し、この図１４（ｄ）において、その観察視野内の画像に対して画素の走査方向がＹ方向（計測方向）に設定されている。この場合、先ずその観察視野内でのウエハ６の外周６ａの平均線８４Ａ’を求め、この平均線８４Ａ’の位置（平均位置）を求める。同様に他の２箇所でもウエハ６の外周６ａの平均位置を求め、３箇所での平均位置からウエハ６のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、及び回転角を求める。その後、ウエハ６の位置及び回転角より、マッチングを取るべき計測点Ａを通りＹ方向に平行な直線８２Ａを含む一列の画素８５を特定し、特定された１列の画素８５からの撮像信号より、接触式のプリアライメント機構での計測点Ａとほぼ同じ計測点でのウエハ６の外周６ａの位置を求める。この方法によって、マッチング誤差を低減できる。
【００４６】
上述のようにオリエンテーションフラット部ＦＰを有するウエハ６の場合には、オリエンテーションフラット部ＦＰの位置検出も１次元の撮像素子を用いて行うことができる。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、ノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎのノッチ部ＮＰについては、Ｘ方向及びＹ方向について位置検出を行う必要があるため、ノッチ部ＮＰは２次元の画像処理装置で位置検出を行う必要がある。ここで、ノッチ部ＮＰの検出方法につき図７を参照して説明する。
【００４７】
先ず、図７（ａ）はウエハ６Ｎのノッチ部ＮＰの拡大図であり、この図７（ａ）において、従来はウエハホルダ上でウエハ６Ｎの位置決めを行うためにノッチ部ＮＰに所定の直径ｄの円柱状の基準ピンを押し当てていた。従って、ノッチ部ＮＰの形状の規格はその基準ピンの形状に基づいて定められていた。そこで、２次元の撮像素子の撮像面と共役なノッチ部ＮＰ上の領域を観察視野６３とすると、一例としてその観察視野６３内の画像データよりノッチ部ＮＰの２つのエッジに接触する直径ｄの仮想基準ピン６４を想定し、この仮想基準ピン６４の中心ＯのＸ座標、Ｙ座標を検出する。
【００４８】
また、別の例として、図７（ｂ）に示すように、観察視野６３内の画像データよりノッチ部ＮＰの２つのエッジ６５Ａ，６５Ｂの交点Ｐの座標、及び一方のエッジ６５Ｂとウエハの外周との交点６５Ｃの座標を求める方法もある。この場合、エッジ６５Ａ上に交点６５Ｃと対称な位置に交点６５Ｄを仮想的に設け、３つの交点Ｐ，６５Ａ，６５Ｂを頂点とする三角形を仮定する。そして、底辺である交点６５Ｃ，６５Ｄの間隔に対して比例配分によって、底辺の間隔がｄとなる三角形の位置を求め、この三角形の底辺の中点を中心Ｏとして、この中心ＯのＸ座標、Ｙ座標を求めるようにしてもよい。
【００４９】
次に、ウエハの更に別の例、及びそれらに合った検出系の例につき図１３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。先ず、ノッチ部の種類としては、図１３（ａ）に示すように、６時方向のノッチ部ＮＰ１、又は３時方向のノッチ部ＮＰ２の何れかを有するウエハ６Ｍがあり、これらを両方共正確に検出する必要がある。そのため、図１３（ａ）において、ウエハ６Ｍの底面のウエハホルダ３０Ｂには、ノッチ部ＮＰ１，ＮＰ２を照射するための切り欠き部３０Ｂａ，３０Ｂｂと、機械的プリアライメントとして一般的に利用される基準ピンの位置を照射するための切り欠き部３０Ｂｃ〜３０Ｂｅが形成され、これらの切り欠き部３０Ｂａ〜３０Ｂｅがそれぞれ図１２の画像処理装置によって底面側から照明されるようになっている。ウエハ６Ｍに６時方向のノッチ部ＮＰ１がある場合の位置及び回転角の検出は、円形の観察視野５１ａ２を有する２次元画像処理系と、それぞれ直線状の観察視野５０ａ２及び５２ａ１を有する第１及び第２のラインセンサとを用いて行われる。一方、ウエハ６Ｍに３時方向のノッチ部ＮＰ２がある場合の位置及び回転角の検出は、観察視野５１ａ１を有する２次元画像処理系と、それぞれ直線状の観察視野５２ａ１及び５０ａ１を有する第２及び第３のラインセンサとを用いて行われる。即ち、２個の２次元画像処理系と３個のラインセンサとよりなる５個のセンサで両タイプのウエハに対しプリアライメントが兼用できるような構成とされている。
【００５０】
次に、オリエンテーションフラット部の種類としても、図１３（ｂ）に示すように、６時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ１、又は３時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ２の何れかを有するウエハ６Ａがあり、これらを両方共正確に検出する必要がある。そのため、図１３（ｂ）において、ウエハ６Ａの底面のウエハホルダ３０Ｃには、一方のオリエンテーションフラット部ＦＰ１の位置に対応した３つの切り欠き部３０Ｃａ〜３０Ｃｃと、他のオリエンテーションフラット部ＦＰ２の位置に対応した３つの切り欠き部３０Ｃｄ〜３０Ｃｆとが形成され、それらの切り欠き部３０Ｃａ〜３０Ｃｆが底面から図１２に示す画像処理装置によって照明されるようになっている。そして、ウエハ６Ａに３時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ２がある場合の位置及び回転角の検出は、それぞれ観察視野５２ａ２，５１ａ２，５０ａ２を有するラインセンサによって行われ、ウエハ６Ａに６時方向のオリエンテーションフラット部ＦＰ１がある場合の位置及び回転角の検出は、それぞれ観察視野５２ａ１，５１ａ１，５０ａ１を有するラインセンサによって行われるような構成となっている。これらはウエハステージ上で機械的なプリアライメント系の基準ピン位置上に光学的検出系が配置できる場合を示している。しかしながら、これが困難な場合は、前述のように図４（ｃ）に示すターンテーブル６０上の計測結果を用いてウエハの外形を求めることで、基準ピンを用いた位置計測結果に置き換えても構わない。
【００５１】
さて、次に、本例の３個の２次元の画像処理装置５０〜５２を用いて、接触式のプリアライメント機構とのマッチングを行いつつウエハの位置、及び回転角の検出を行う場合の動作の一例につき図１５、及び図１６を参照して説明する。この場合の画像処理装置５０〜５２としては、図１２に示すように透過照明型の画像処理装置を使用するものとする。
【００５２】
先ず、図１５（ａ）は６時方向にノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎをローディングポジションに搬送した状態を示し、この図１５（ａ）において、図３の３個の画像処理装置５０，５１，５２の実際の処理対象の観察視野をそれぞれ矩形の観察視野８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃとする。また、観察視野８６Ａ〜８６Ｃに対応する領域内で、例えば前回の露光工程で使用された接触式のプリアライメント機構の基準ピンをそれぞれ２点鎖線の仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃで表す。但し、見易くするために、仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃはそれぞれ対応する観察視野８６Ａ〜８６Ｃの外側に出して表示している。そして、ウエハ６Ｎの円周上の観察視野８６Ａ，８６Ｂ内で、それぞれ仮想ピン８２Ａ，８２Ｂとウエハの外周とが接触する点を仮想位置Ａ，Ｂとして、ノッチ部ＮＰ上の観察視野８６Ｃ内での仮想ピン８２Ｃの中心を仮想位置Ｅとする。
【００５３】
これらの仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅを求めるためには、例えば図３のウエハステージのウエハホルダ３０上に仮想位置を示す基準マークが形成された基準ウエハを載置し、レーザ干渉計１７の計測値に基づいて接触式のプリアライメント機構の３個の基準ピンの設計上の位置を目標値としてウエハステージを駆動して、その基準マークを順次観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内に移動すればよい。そして、対応する画像処理装置５０〜５２でそれぞれ観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内でのその基準マークの位置を検出して、この検出された位置を記憶することによって、仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅが設定されたことになる。その基準ウエハとしては、ウエハ外周に切り込みの入ったウエハや、パターンの入ったガラスウエハ等を用いればよい。
【００５４】
次に、図４（ｂ）を参照して説明したように、本例のセンターアップ３８は中心軸３５Ｚを軸として回転駆動系３６によって回転できるように支持されている。そのようにセンターアップ３８を回転すると、図１５（ａ）の観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内でウエハと仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃとの接触点である仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの位置が変化する。そこで、実際に上述の基準ウエハをセンターアップ３８上に吸着して仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの位置を計測した後、センターアップ３８を所定角度回転して再び仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの位置を計測し、計測結果の変動量よりそのセンターアップ３８の回転中心Ｏ’のステージ座標系での座標を求める。その後、レーザ干渉計１７の計測値に基づいて定まるウエハステージの座標系（ステージ座標系）（Ｘ，Ｙ）の原点を、その回転中心Ｏ’とした新たな座標系を新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）とする。即ち、この新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）では、回転中心Ｏ’の座標は（０，０）である。
【００５５】
そして、仮想位置Ａ及びＢはＸ軸に平行な直線に沿って配列されているものとして、且つ仮想位置Ａ及びＢのＸ方向の間隔をＬに設定する。更に、その新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、仮想位置Ａ及びＢの座標をそれぞれ（ｘ１，ａ）及び（ｘ２，ａ）として、仮想位置Ｅの座標を（（ｘ１ ＋ｘ２）／２，ｂ）として、仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅの観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内での相対座標を記憶しておく。新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）でのＹ座標をｙとすると、図１５（ａ）に示すように、仮想位置Ａ及びＢは、直線（ｙ＝ａ）上に位置している。更に、次式が成立している。
【００５６】
ｘ２ −ｘ１ ＝Ｌ
このとき、ウエハ６Ｎの底面側からの照明光のもとで、観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内のパターンの画像はそれぞれ図１５（ｂ）〜図１５（ｄ）に示すように、ウエハ部が斜線のような暗部となり、透過部が明部となるため、ウエハ６Ｎの外周のエッジを暗部と明部との境界部として検出することができる。
【００５７】
次に、実際に露光対象とするウエハ６Ｎが図１５（ａ）に示すように、ローディングポジションに設定されたときのウエハ６Ｎの位置及び回転角の検出方法を説明する。先ず、ウエハ６Ｎの外周の円周上の２つの観察視野８６Ａ及び８６Ｂにおいては、それぞれ図１５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、明部と暗部との境界部に対応するその外周のエッジがほぼ直線状となっている。そこで、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、Ｘ座標をｘ、Ｙ座標をｙとして、観察視野８６Ａ内のエッジを関数（ｙ＝ｆ（ｘ））で表し、観察視野８６Ｂ内のエッジを関数（ｙ＝ｇ（ｘ））で表す。そのためには、観察視野８６Ａ，８６Ｂ内のエッジ検出位置に基づいて最小２乗法による１次関数ｆ（ｘ）及びｇ（ｘ）の２つの係数を定めればよい。また、ウエハの外周はほぼ円形であるため、１次関数ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の代わりに、（ｘ−ｘ０）２ ＋（ｙ−ｙ０）２ ＝ｒ２ で表される円弧の関数を使用してもよい。。
【００５８】
その後、一方の関数（ｙ＝ｆ（ｘ））上の計測点Ｃの新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）での座標を（ｘ３，ｙ３）として、他方の関数（ｙ＝ｇ（ｘ））上の計測点Ｄの新座標系での座標を（ｘ４，ｙ４）として、計測点Ｃ及びＤを通る直線がＸ軸に平行で、且つ計測点Ｃ及びＤのＸ方向の間隔がＬとなるようにそれらの座標を定める。これは、次式を満たすように座標ｘ３ ，ｘ４ を求めることを意味する。
【００５９】
ｇ（ｘ４）＝ｆ（ｘ３），ｘ４ −ｘ３ ＝Ｌ
また、このようにして定まる座標ｘ３ ，ｘ４ を用いて、Ｙ座標ｙ３ はｆ（ｘ３）で定まり、Ｙ座標ｙ４ はｇ（ｘ４）で定まる。
このとき、それら２つの計測点Ｃ及びＤの中点（Ｘ座標は（ｘ４ ＋ｘ３）／２）を通りＹ軸に平行な直線（関数ｘ＝（ｘ４ ＋ｘ３）／２で表される）は、ウエハ６Ｎの中心Ｏを通る。そこで、その関数ｘ＝（ｘ４ ＋ｘ３）／２で表される直線と、計測点Ｃ（ｘ３，ｙ３）を通り関数（ｙ＝ｆ（ｘ））で表される直線に直交する直線との交点（即ち中心Ｏ）の座標を求め、この中心Ｏと計測点Ｃとの距離を求めると、中心Ｏから計測点Ｃまでの半径ｒが求められる。同様に、その関数ｘ＝（ｘ４ ＋ｘ３）／２で表される直線と、計測点Ｄ（ｘ４，ｙ４）を通り関数（ｙ＝ｇ（ｘ））で表される直線に直交する直線との交点（即ち中心Ｏ）の座標を求め、この中心Ｏと計測点Ｄとの距離を求めると、中心Ｏから計測点Ｄまでの半径ｒ’が求められる。なお、上記のように１次関数の代わりに円弧の関数を使用するときは、円の接線に直交する直線との交点が中心Ｏとなる。
【００６０】
更に、ノッチ部ＮＰ上の観察視野８６Ｃの画像データから、そのノッチ部ＮＰに基準ピンを押し当てた場合のその基準ピンの中心の座標を求める必要がある。そのため、仮想ピン８２Ｃとそのノッチ部ＮＰとの２箇所の仮想接触点の間隔ＬＭを予め求めておく。そして、図１５（ｄ）に示すように、観察視野８６Ｃ内の画像データに基づいて最小２乗近似法によって、ノッチ部ＮＰの左側のエッジに対応する関数（ｙ＝ｈ（ｘ））、及び右側のエッジに対応する関数（ｙ＝ｉ（ｘ））を求める。なお、ｈ（ｘ）及びｉ（ｘ）は１次関数である。その後、ノッチ部ＮＰに仮想ピン８２Ｃを押し当てた場合のその仮想ピン８２Ｃの中心を計測点Ｆとして、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）での計測点Ｆの座標を（ｘ５，ｙ５）とする。
【００６１】
その後、計測点Ｆを通りＸ軸に平行な直線が関数（ｙ＝ｈ（ｘ））、及び関数（ｙ＝ｉ（ｘ））で定まる直線と交差する２点間の距離がＬＭで、且つ計測点Ｆがそれら２点の中点となるように座標（ｘ５，ｙ５）を定める。このためには、先ず次式を満たすＸ座標ｘ５１，ｘ５２を定める。
ｈ（ｘ５１）＝ｉ（ｘ５２），ｘ５２−ｘ５１＝ＬＭ
そして、そのように定めたＸ座標ｘ５１，ｘ５２を用いて、次式より座標ｘ５ 及びｙ５ を求めればよい。これによって、計測点Ｆの座標が決定される。
【００６２】
ｘ５ ＝（ｘ５１＋ｘ５２）／２，ｙ５ ＝ｈ（ｘ５１）
次に、図１５（ａ）において、計測点Ｃ及びＤの中点を通りＹ軸に平行な直線（関数ｘ＝（ｘ３ ＋ｘ４）／２で表される直線）に対応する観察視野８６Ｃ内の直線のＸ座標が、仮想位置ＥのＸ座標である（ｘ１ ＋ｘ２）／２によって定められることから、ウエハ６Ｎの中心Ｏを回転中心とした場合の、観察視野８６Ｃ内のノッチ部ＮＰの計測点Ｆの仮想位置Ｅからの回転誤差Δθを次式から求める。
【００６３】
Δθ＝｛ｘ５ −（ｘ１ ＋ｘ２）／２｝／（ｒ＋ｒ’）
しかしながら、これはあくまでもウエハ６Ｎの中心Ｏを回転中心としたときの回転誤差であるため、センターアップの回転中心Ｏ’（０，０）を軸としてウエハ６Ｎを回転した場合、回転誤差Δθは共通であり補正できるが、各計測点Ｃ，Ｄ，Ｆでは計測値のオフセットが発生する。よって、その回転誤差Δθを新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）を基準として計算し、図１５（ａ）において、ウエハ６Ｎをその回転誤差Δθ分を相殺するように回転中心Ｏ’の周りに回転したと仮定する。そして、このときに関数（ｙ＝ｆ（ｘ））及び（ｙ＝ｇ（ｘ））がそれぞれ関数（ｙ＝ｆ’（ｘ））及び（ｙ＝ｇ’（ｘ））に変化するものとして、変化後の関数ｆ’（ｘ）及びｇ’（ｘ）を求める。
【００６４】
既に回転誤差Δθは補正されているので、前回と同様に関数（ｙ＝ｆ’（ｘ））で定まる直線上の計測点をＣ’（ｘ３’，ｙ３’）、関数（ｙ＝ｇ’（ｘ））で定まる直線上の計測点をＤ’（ｘ４’，ｙ４’）として、計測点Ｃ’及びＤ’がＸ軸に平行な直線上に配列され、且つそれらの間隔がＬとなるように座標ｘ３’，ｘ４’を求める。即ち、座標ｘ３’，ｘ４’は次式を満たすように決定される。
【００６５】
ｇ’（ｘ４’）＝ｆ’（ｘ３’），ｘ４’−ｘ３’＝Ｌ
また、Ｙ座標であるｙ３’及びｙ４’はそれぞれｆ’（ｘ３’）及びｇ’（ｘ４’）で表される。この結果、仮想位置Ａ（ｘ１ ，ａ）及びＢ（ｘ２ ，ａ）と、回転補正後の計測点Ｃ’（ｘ３’，ｙ３’）及びＤ（ｘ４’，ｙ４’）との平均的な差分（ΔＸ，ΔＹ）は次式のようになる。
【００６６】
【００６７】
なお、上述の例では、ウエハ６Ｎの半径ｒ（又はｒ’）が大きく変動する場合を想定していたが、一般にウエハの外径のウエハ間での誤差は±０．１μｍ程度しかないので、半径ｒを固定値としてもよい。
また、ウエハの外径の変動量が大きい場合、図１５（ａ）において仮想ピン８２Ａ，８２Ｂとの接触点が異なるため、２つの仮想位置Ａ，Ｂの間隔Ｌを固定値として定めることができない。この場合、観察視野８６Ａ，８６Ｂ内のエジによって決定される１次関数ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の傾き（なお、円弧の関数を使用するときは、その円弧に対する接線の傾き）より、ウエハの外周と仮想ピンとの接点を算出し、それら接点間の距離をＬとして用いればよい。また、ノッチ部ＮＰ内の形状に関しても同様にしてウエハ間の差が大きい場合、仮想ピン８２Ｃの２つの接触点の間隔ＬＭを変数として取り扱うことができるし、形状が安定しているときは、その間隔ＬＭを固定値とすることも可能である。更に、ウエハの外周は円なので、ウエハの外周の近似は２次曲線近似で行ってもよい。また、これまでの計算は、直線（ｙ＝ａ）に対して２次元の画像処理装置の受光系が平行に設置されている場合であるが、設置誤差や設置スペースの制約等によって座標系が回転している場合もある。このように座標系が回転しているときには、ソフトウエア的に補正する必要がある。
【００６８】
以上の方法によって、１回の補正計算のみでウエハ６Ｎの回転誤差Δθ、及びオフセットΔＸ，ΔＹが正確に求められる。更に、上述のように回転補正後の関数ｆ’（ｘ），ｇ’（ｘ）を算出した後、回転補正後の計測点の座標ｘ３’，ｙ３’等を求める場合、図１４（ｄ）で示したように１次関数（ｆ’（ｘ），ｇ’（ｘ））の算出時の近似誤差を、実際に仮想ピンが当たる点として補正すれば更に接触式のプリアライメント機構とのマッチング精度が向上することになる。
【００６９】
次に、図１６（ａ）は６時方向にオリエンテーションフラット部ＦＰを有するウエハ６をローディングポジションに搬送した状態を示し、この図１６（ａ）においても、図３の３個の画像処理装置５０，５１，５２の実際の処理対象の観察視野８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃと、観察視野８６Ａ〜８６Ｃに対応する領域内で、例えば前回の露光工程で使用された接触式のプリアライメント機構の基準ピンを示す仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃとが表示されている。但し、見易くするために、仮想ピン８２Ａ〜８２Ｃはそれぞれ対応する観察視野８６Ａ〜８６Ｃの外側に出して表示している。そして、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰ上の観察視野８６Ａ，８６Ｂ内で、それぞれ仮想ピン８２Ａ，８２Ｂとウエハの外周とが接触する点を仮想位置Ａ１，Ｂ１として、円周上の観察視野８６Ｃ内での仮想ピン８２Ｃが接触する点を仮想位置Ｅ１とする。
【００７０】
これらの仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１を求めるためには、前の例と同様に例えば仮想位置を示す基準マークが形成された基準ウエハを使用すればよい。また、この例でも、図４（ｂ）のセンターアップ３８の回転中心Ｏ’のステージ座標系での座標を求める。その後、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）の原点を、その回転中心Ｏ’とすると共に、仮想位置Ａ１及びＢ１を結ぶ直線がＸ軸に平行になるようにした新たな座標系を新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）とする。
【００７１】
そして、仮想位置Ａ１及びＢ１のＸ方向の間隔をＬ１に設定する。更に、その新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、仮想位置Ａ１及びＢ１の座標をそれぞれ（−Ｌ１／２，ｃ）及び（Ｌ１／２，ｃ）として、仮想位置Ｅ１の座標を（ｘ８，ｙ８）として、仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１の観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内での相対座標を記憶しておく。新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）でのＹ座標をｙとすると、図１６（ａ）に示すように、仮想位置Ａ１及びＢ１は、直線（ｙ＝ｃ）上に位置している。
【００７２】
このとき、ウエハ６の底面側からの照明光のもとで、観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内のパターンの画像はそれぞれ図１６（ｂ）〜図１６（ｄ）に示すように、ウエハ部が斜線のような暗部となり、透過部が明部となるため、ウエハ６の外周のエッジを暗部と明部との境界部として検出することができる。
次に、実際に露光対象とするウエハ６が図１６（ａ）に示すように、ローディングポジションに設定されたときのウエハ６の位置及び回転角の検出方法を説明する。先ず、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰ上の２つの観察視野８６Ａ及び８６Ｂにおいては、それぞれ図１６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、明部と暗部との境界部に対応するその外周のエッジがＸ軸に平行なほぼ直線状となっている。そこで、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）において、仮想位置Ａ１及びＢ１を通り、且つオリエンテーションフラット部ＦＰのエッジに垂直な直線と、そのエッジとの交点をそれぞれ計測点Ｃ１（−Ｌ１／２，ｙ６）及びＤ１（Ｌ１／２，ｙ７）として求める。これらの計測点Ｃ１，Ｄ１を求める際、計測点Ｃ１及びＤ１の近傍の所定範囲のエッジの平均的な位置をそれぞれ座標ｙ６ 及びｙ７ とすることによって、検出精度が向上する。
【００７３】
また、観察視野８６Ｃにおいて、仮想位置Ｅ１を通りＸ軸に平行な直線と、ウエハ６の外周のエッジとの交点を計測点Ｆ１（ｘ９，ｙ８）とする。座標（ｘ９，ｙ８）は新座標系での座標であり、これによって、その観察視野８６Ｃ内のウエハ６の外周のエッジは、直線（ｘ＝ｘ９）で表される。
次に、オリエンテーションフラット部ＦＰ上の２つの計測点Ｃ１，Ｄ１間の距離はＬ１なので、ウエハ６の回転誤差Δθは次のようになる。
【００７４】
Δθ＝（ｙ７ −ｙ６）／Ｌ１
ウエハ６の回転誤差Δθはオリエンテーションフラット部ＦＰによって決定されているため、ここではウエハ６の中心Ｏの位置が分からなくとも、センターアップ３８の回転中心Ｏ’を中心としてその回転誤差Δθの補正を行うことによって、その回転誤差は補正される。但し、回転中心Ｏ’（０，０）を軸として回転すると、観察視野８６Ｃ内の計測点Ｆ１の座標（ｘ９，ｙ８）がオフセットを持つ。そこで、新座標系（Ｘ，Ｙ；Ｏ’）をΔθだけ回転させたときの新座標系において、再び仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１から対応するウエハ６のエッジに対する垂線とそのエッジとの交点Ｃ１’，Ｄ１’，Ｆ１’を求め、これらの交点Ｃ１’，Ｄ１’，Ｆ１’の座標（−Ｌ／２，ｙ６’），（Ｌ／２，ｙ７’），（ｘ９’，ｙ８）を再計算する。その後、次式より、ウエハ６のＸ方向、及びＹ方向への位置ずれ量（オフセット）ΔＸ及びΔＹを算出する。
【００７５】
ΔＸ＝ｘ９’−ｘ８ ，
ΔＹ＝（ｙ６’＋ｙ７’）／２−ｃ
これらのオフセットΔＸ，ΔＹは、図１５の例と同様にサーチアライメント時にウエハステージの位置を調整することで補正してやればよい。また、図１５に示すノッチ部を有するウエハの位置検出でも説明したように、画像データの平均値より求めるウエハ６のエッジと、実際の仮想ピンとエッジとの接触点との間に誤差がある場合には、図１４（ｄ）で示したように、画像データ内で最終的に使用するデータを絞り込んで行けばよい。
【００７６】
以上のように本例では、ウエハの外周のエッジ位置の検出後、センターアップ３８を介して回転誤差を補正し、更に確認のための再検出を行う必要がないように、センターアップ３８の回転で発生する誤差を予測して予め計算を行っている。従って、再検出の必要がないため、高速に非接触方式でウエハのプリアライメントが行える。
【００７７】
但し、センターアップ３８を回転させてウエハをウエハホルダ３０上に載置したときに、真空吸着の開始時の振動やウエハの表面とウエハホルダ３０の表面との平行度の誤差等により、一定の位置のオフセット、及び回転角のオフセットが付加される場合がある。これに対しては、例えばウエハの載置後のサーチアライメント時に、予め基準ウエハ等を用いて検出してあるウエハのエッジ位置と、実際に載置されたウエハのエッジ位置との差異を例えばオフ・アクシス方式のアライメントセンサ等で検出し、その分をシステムオフセットとして、ウエハの位置ずれ量のオフセットΔＸ，ΔＹ、及び回転誤差Δθの算出結果に上乗せすればよい。
【００７８】
次に、本例の投影露光装置における位置決め動作の全体の流れの一例につき図１、及び図２のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図１のステップ１０１において、図４（ｂ）のスライダー２３に沿ってウエハアーム２１によりウエハ６が搬入され、ローディングポジションにてウエハアーム２１の真空吸着が解除されると同時に、センターアップ３８が伸縮機構３５によって上昇し、センターアップ３８上にウエハ６が受け渡される。このとき、同時にセンターアップ３８の各スピンドル部３８ａ〜３８ｃの真空吸着がオンにされる（ステップ１０２）。なお、この段階までに、ウエハ６は図４（ｃ）のターンテーブル６０を含む機構を介して外形基準によるＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）へのラフなプリアライメントが終了しており、ウエハ６の位置は、Ｘ方向、Ｙ方向に約１〜２ｍｍ、回転方向に約５°程度の誤差を持つのみとなっている。
【００７９】
この際に、回転誤差はターンテーブル６０の回転により補正されており、Ｘ方向、Ｙ方向への誤差は、ウエハアーム２１からウエハ６をセンターアップ３８に受け渡すときのローディングポジションの位置をＸ方向、Ｙ方向に調整することで補正されている。このようなラフなプリアライメント実行後でも比較的大きさ位置ずれ量、及び回転誤差が残存しているのは、相互に振動を伝えないように、露光装置本体と、ターンテーブル６０を含む機構と、スライダー２３を含む機構とが独立に設置されているためである。この場合、例えば露光装置本体部とスライダー２３を含む機構との間で揺れ条件が異なること等に起因して、スライダー２３からセンターアップ３８にウエハを受け渡す際に位置ずれ（搬送誤差）が生ずるからである。
【００８０】
次に、ステップ１０３において、図３の３個の２次元の画像処理装置５０〜５２を用いてウエハ６の外形のエッジ位置計測を行う。この場合、図１６を参照して説明したように、ウエハ６のオリエンテーションフラット部ＦＰに沿った２箇所の観察視野８６Ａ，８６Ｂ、及び円形の外周の１箇所の観察視野８６Ｃにおいてそれぞれエッジ位置の計測が行われる。これに関して、従来はウエハ６のプリアライメントを行うために、ウエハホルダ３０上で３個の基準ピンに対してウエハ６を押し当てていた。即ち、従来のプリアライメントは接触方式で行われていた。これに対して本例のプリアライメントは、非接触方式と呼ぶことができる。
【００８１】
そして、本例の３個の観察視野８６Ａ〜８６Ｃは、それぞれ接触方式で使用されていた３個の基準ピンとの接触点の位置と同じ仮想位置Ａ１，Ｂ１，Ｅ１を含むように設定されている。これによって、仮に図１６のウエハ６の直前のレイヤが、接触方式で位置決めを行う露光装置で露光されていたとしても、プリアライメント後のマッチングが取れている、即ち位置ずれ量が少ないという利点がある。なお、仮に投影光学系３の周囲の各種センサ等の配置等によって観察視野８６Ａ〜８６Ｃを仮想位置を含む位置に設定できない場合でも、既に説明したように図４（ｃ）のターンテーブル６０、及び偏心センサ６１を用いたウエハの外形計測の結果を用いて、実測値から基準ピンの位置でのウエハのエッジ位置を正確に推定することもできる。
【００８２】
同様に、ウエハが図１５に示すようにノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎの場合であっても、図１５を参照して説明したように、画像処理により仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅとウエハ６Ｎの外周のエッジ位置とのずれ量を求めることにより、接触方式とのマッチングを取ることができる。
なお、ノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎに対して、接触方式でプリアライメントを行う露光装置とのマッチングを取る必要がない場合は、例えば図７（ｂ）で説明した方法を用いて、図７（ｂ）において、ノッチ部ＮＰの２つのエッジ６５Ａ，６５Ｂの全範囲で位置データを求め、これらの位置データより最小二乗近似計算によって仮想ノッチ形状（２本の近似直線によって規定されるＶ字形状）を求め、その２本の近似直線の交点をノッチ検出位置としてもよい。これによって、ノッチ部ＮＰの形状誤差に依存することなく、高精度にウエハの位置検出を行うことができる。
【００８３】
その後、ステップ１０４において、ステップ１０３での計測結果に基づいて、ウエハ６のＸ方向への位置ずれ量ΔＸ、Ｙ方向への位置ずれ量ΔＹ、及び回転誤差Δθを算出する。ここでは、回転誤差Δθも広義の位置ずれ量とみなす。この際に、本例では図１６を参照して説明したように、オリエンテーションフラット部ＦＰに沿った観察視野８６Ａ，８６Ｂでの検出結果より回転誤差Δθが求められ、観察視野８６Ａ〜８６Ｂでの検出結果よりＸ方向及びＹ方向へのへの位置ずれ量ΔＸ，ΔＹが求められる。
【００８４】
一方、図１５に示すように、位置決め対象がノッチ部ＮＰを有するウエハ６Ｎである場合には、ノッチ部ＮＰ上の観察視野８６Ｃ、及び他の２つの観察視野８６Ａ，８６Ｂでの検出結果を処理することによって、Ｘ方向及びＹ方向への位置ずれ量ΔＸ，ΔＹと、回転誤差θとが求められる。
それに続くステップ１０５において、算出された回転誤差Δθがセンターアップ３８の回転で補正できる許容範囲かどうか、及び位置ずれ量ΔＸ，ΔＹがウエハホルダ３０で真空吸着可能な許容範囲かどうかを調べ、仮に何れかが許容範囲外であればステップ１０９に移行する。そして、位置ずれ量ΔＸ，ΔＹ，Δθの何れかが許容範囲外となったのが１回目である場合には、再度上述のラフなプリアライメントを行うためにステップ１１０に移行して、センターアップ３８からスライダー２３（ウエハアーム２１）にウエハ６を受け渡し、更に図４（ｃ）のターンテーブル６０上にウエハ６を戻し、ラフなプリアライメントを実行する。その後、ステップ１０１に戻ってステップ１０５までの動作を繰り返す。
【００８５】
但し、ステップ１０５において、再び位置ずれ量ΔＸ，ΔＹ，Δθの何れかが許容範囲外となった場合には、単なる位置ずれ以外の何らかの障害が発生したと認識して、ステップ１０９を経てステップ１１１に移行して、エラー情報を出して、オペレータからの指示待ち状態となる。
一方、ステップ１０５において、位置ずれ量ΔＸ，ΔＹ，Δθの全てが許容範囲内であれば、センターアップ３８を下げると同時にウエハの回転誤差Δθを補正し（ステップ１０６）、ウエハホルダ３０にウエハ６が接触したとほぼ同時にスピンドル部３８ａ〜３８ｃの真空吸着をオフにし、ウエハホルダ３０上の真空吸着をオンにすることで、ウエハホルダ３０上にウエハ６を載置する（ステップ１０７）。その後、ウエハの位置ずれ量ΔＸ，ΔＹをオフセットとして後述のサーチアライメント位置に加算して、ウエハステージを駆動してウエハを移動することで（ステップ１０８）、一連のプリアライメントシーケンスが終了する。そして、図２のアライメント（サーチアライメント、及びファインアライメント）のシーケンスに移行する。
【００８６】
上述の本例のプリアライメント動作と、図１７を参照して説明した従来のプリアライメント動作とを比較すると、図１７の従来の方法では、例えば接触方式でウエハ６の回転誤差を計測した後、試料台９上のウエハのθ回転補正機構８によってウエハの回転を補正していた。これに要する時間は１〜２秒であるのに対し、本例の機構ではセンターアップ３８を下げるのと同時に許容誤差内になるように予め回転補正を行うので、そのような時間が発生しない。但し、ロットの先頭付近では数枚のウエハをウエハホルダ上で再載置するために時間を要するが、誤差量を平均して補正していく学習効果でロット内のウエハ枚数が多いほど再載置する回数及び時間が減少し、本発明の効果が高くなる。
【００８７】
ここで、ウエハの再載置について説明する。ウエハをウエハホルダ３０に搭載した後（ステップ１０７）は、基本的に露光装置間のプリアライメントのマッチングが取れていれば、後のサーチアライメント時にサーチマークが見つからない等のエラーは発生しない。従って、通常の動作では図１のステップ１０８から図２のステップ１１２へ移行してよい。
【００８８】
しかしながら、以下の▲１▼〜▲３▼のような条件下では、プリアライメント時の位置ずれ量が大きくなって、例えばサーチアライメント時にエラーが発生する恐れがある。
▲１▼センターアップ３８の上面とウエハホルダ３０の上面との平行度が何らかの原因で悪化し、ウエハのウエハホルダ３０への受け渡し時に、回転やオフセット誤差が発生する場合。
【００８９】
▲２▼他の露光装置とのプリアライメントのマッチングが取れていないため、ロット単位で一定の回転やオフセット誤差（ウエハの外形とサーチマークとの間の回転やオフセット）が発生する場合。
▲３▼ウエハの１層目への露光後に、ウエハの外形の計測位置に「欠け」が生じ、ウエハ単位で回転やオフセット誤差が発生する場合。
【００９０】
そこで、このような恐れのあるときには、図１のステップ１０８から図１８のステップ１３０Ａに移行して、サーチアライメントのエラーが発生しないかどうかをチェックして、エラーが発生するときにはウエハをウエハホルダ３０からセンターアップ３８に移して回転補正等を行った後に、ウエハホルダ３０へ戻すというウエハの再載置を行うことが望ましい。以下、図１８のウエハの再載置動作につき説明する。
【００９１】
先ず、図１８のステップ１３０Ａにおいて、高倍のサーチアライメントを実行する。ウエハ上には図４（ａ）に示すように、サーチアライメント用の第１サーチマーク４７Ａ、及び第２サーチマーク４７Ｂが形成されている。高倍のサーチアライメントでは、図３のＦＩＡ方式のアライメントセンサ５Ａによってウエハ上の第１サーチマーク４７Ａ、及び第２サーチマーク４７Ｂを検出する際に、結像光学系の倍率を高倍にして、且つ１画面のみの画像情報を処理する。その後、ステップ１３０Ｂにおいて、サーチアライメントによってウエハのＸ方向のオフセットδＸ、Ｙ方向のオフセットδＹ、及び回転誤差δθが計測可能かどうかを判定する。これは、ステップ１３０Ａで得られた１画面分ずつの画像情報より、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出可能かどうかで判定される。そして、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出可能であれば、動作は図２のステップ１１２に移る。従って、通常はステップ１３０Ａの１画面の高倍サーチアライメントを実行するのみでステップ１１２に移るため、スループットは殆ど低下しない。
【００９２】
一方、ステップ１３０Ｂでサーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出できないときには、動作はステップ１３１（モード１）、ステップ１３２（モード２）、又はステップ１３３（モード３）の何れかに移行する。モード１、モード２、モード３の選択は予め行っておく。先ず、モード１のステップ１３１では、アライメントセンサ５Ａの倍率を低倍にして視野を広域にして、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂを検出する。これが低倍画像処理サーチアライメントである。次に、モード２のステップ１３２では、アライメントセンサ５Ａの倍率を高倍にして、且つウエハステージをステッピングさせて画面継ぎを行いながらサーチマーク４７Ａ，４７Ｂを検出する。また、モード３のステップ１３３では、オペレータのアシスト（マニュアルアシスト）によって、例えば第１サーチマーク４７Ａの座標（ＦＸ１，ＦＹ１）を計測して、オフセットδＸ，δＹを求めた後、第２サーチマーク４７ＢのＹ座標ＦＹ２を計測して、２つのＹ座標の差分より回転誤差δθを求める。また、ステップ１３１及び１３２の後では、ステップ１３４で示すように、再びオフセットδＸ，δＹ及び回転誤差δθが検出可能かどうか、即ちサーチマーク４７Ａ，４７Ｂが検出できたかどうかを判定し、検出できなかったときにはモード３のステップ１３３に移行して、検出できたときにはδＸ，δＹ，δθを求めてステップ１３７に移行する。
【００９３】
また、ステップ１３３の後のステップ１３５では、得られた回転誤差δθがセンターアップ３８で補正できる範囲かどうかを判定し、補正できない（回転許容値を超える）ときにはステップ１３６に移行してエラー表示を行い、補正可能であればステップ１３７に移行する。そして、ステップ１３７では、センターアップ３８の真空吸着のオン、及びウエハホルダ３０の真空吸着のオフ後に、センターアップ３８をウエハと共に上昇させて、ウエハの回転誤差δθの補正を行う。これは１ロットの１枚目のウエハの場合であり、２枚目以降のウエハについては、その回転誤差δθの補正を図１のステップ１０６実行時に追加して行う。その後、ウエハホルダ３０の真空吸着をオンにして、センターアップ３８を降下させてセンターアップ３８の真空吸着をオフにする。これでウエハがウエハホルダ３０上に再載置されたことになる。次にステップ１３８で、１枚目のウエハであればサーチアライメント位置をオフセットδＸ，δＹ分だけ補正する。また、２枚目以降のウエハであれば、例えば図１のステップ１０８におけるサーチアライメント位置にそのオフセットδＸ，δＹの補正を追加しておく。その後、動作は図２のステップ１１２へ移行する。
【００９４】
なお、上述の▲１▼，▲３▼の場合はウエハ単位で変化するので、図１のステップ１０６での補正は行わない（２枚目以降のウエハに関するエラー処理を行う）。それに対し▲２▼の場合は１枚目のウエハにて判断できるので、図１８のステップ１３７の２枚目以降のウエハの処理を実施する。但し、▲１▼，▲２▼，▲３▼の場合が複合している場合、１枚目のウエハのみに誤差が発生している可能性もあるので、計測した結果を２枚目以降フィードバックすると、反対にサーチができない場合もある。このような場合は、前述のように学習機能によって処理することが望ましい。
【００９５】
また、図１７に示す従来の投影露光装置には、移動鏡１３が載置された試料台９とウエハ６との間に駆動系としてのウエハのθ回転補正機構８が存在するが、本例では移動鏡１３とウエハ６との間に駆動システムがないためステッピング精度の安定性が高まる。
次に、図２のアライメントのシーケンスにおいて、先ずサーチアライメントが実行される。但し、使用するアライメントセンサの検出可能な範囲（キャプチャーレンジ）が広い場合で、且つプリアライメント精度が良好である場合にはサーチアライメントを省略してファインアライメントに入ることができる。例えばＬＳＡ方式、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサでは検出可能な範囲が広く、例えば±２．５μｍ程度まで対応可能である。それに対して、ＬＩＡ方式のアライメントセンサの検出可能な範囲は±１〜２μｍ程度しかない。そのため、プリアライメント精度が±２．５μｍ以下ならば、ＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式のアライメントセンサを使用する場合には、サーチアライメントなしにファインアライメントに移行することができる。
【００９６】
そこで、図２のステップ１１２において、使用するアライメントセンサの種類を判別し、ＬＩＡ方式のアライメントセンサを使用するときにはステップ１０３以下のサーチアライメントシーケンスに移行し、ＬＳＡ方式又はＦＩＡ方式のアライメントセンサを使用するときには、ステップ１２１に移行してプリアライメント精度が使用するアライメントセンサの検出可能な範囲外かどうか、即ちサーチアライメントを行うかどうかを判定する。そして、サーチアライメントを行うときにはステップ１１３に移行し、サーチアライメントを行わないときにはステップ１２６に移行する。
【００９７】
次に、サーチアライメントについて説明するが、ウエハ上にはサーチアライメント用のマークが形成されている。本例のウエハ６上にも、図４（ａ）に示すように、Ｘ方向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸のサーチマーク４５Ｘと、Ｙ方向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペースパターンよりなるＹ軸のサーチマーク４５Ｙとを組み合わせたＦＩＡ方式用の第１サーチマーク４７Ａが形成されている。更に、第１サーチマーク４７ＡからほぼＹ方向に所定間隔離れた位置に、Ｘ軸のサーチマーク４４Ｘと、Ｙ軸のサーチマーク４４Ｙとを組み合わせたＦＩＡ方式用の第２サーチマーク４７Ｂが形成されている。本例では２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置検出を行うために図３のＦＩＡ方式のアライメントセンサ５Ａが使用され、後述のようにウエハ６の回転角を検出するためにＦＩＡ方式のアライメントセンサ５Ｂが検出される。そこで、２つのアライメントセンサを区別するために、以下ではアライメントセンサ５Ａを「ＦＩＡ顕微鏡５Ａ」と呼び、アライメントセンサ５Ｂを「θ顕微鏡５Ｂ」と呼ぶ。
【００９８】
また、ウエハ６上の全部のショット領域にはそれぞれファインアライメント用のウエハマーク（以下、「ファインマーク」という）も形成されている。具体的に、図４（ａ）において、ウエハ６上の全ショット領域を代表して表すショット領域ＳＡには、Ｙ方向に伸びた点列状のＸ軸のファインマーク４６Ｘ、及びＸ方向に伸びたＹ軸のファインマーク４６Ｙも形成されている。これらのファインマーク４６Ｘ，４６Ｙは、図３のＴＴＬ方式のアライメントセンサ４中のＬＳＡ方式のアライメントセンサで検出されるマークである。なお、実際に使用されるファインマークとしては、プロセスに応じてＬＩＡ方式用のマークや、ＦＩＡ方式用のマークもある。
【００９９】
また、図８（ａ）及び（ｂ）はウエハ６上のマーク配置を示し、これら図８（ａ）及び（ｂ）において、第１サーチマーク４７Ａは、４個のショット領域４８Ａ〜４８Ｄに囲まれたストリートライン領域にあり、第２サーチマーク４７Ｂも別の４個のショット領域４９Ａ〜４９Ｄに囲まれたストリートライン領域にある。また、円形の観察視野５Ａａは図３のＦＩＡ顕微鏡５Ａの有効観察視野であり、それからＸ方向に離れた位置にある観察視野５Ｂａは図３のθ顕微鏡５Ｂの有効観察視野である。
【０１００】
次に、サーチアライメントを行うために、ステップ１１３において、ウエハステージを駆動して、図８（ａ）に示すようにＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野５Ａａ内に第１サーチマーク４７Ａを移動する。この状態では、θ顕微鏡５Ｂの観察視野５Ｂａ内には第２サーチマーク４７Ｂはなく、ショット領域４９Ａ，４９Ｂの端部、及びストリートライン領域７０がある。その後、これから露光するウエハ６がこのロット中の先頭のウエハかどうかを判定し（ステップ１１４）、先頭のウエハである場合にはステップ１１５に移行して、ＦＩＡ顕微鏡５Ａで第１サーチマーク４７ＡのＸ方向、Ｙ方向の座標（ＦＸ１，ＦＹ１）を検出する。
【０１０１】
ここで、ステップ１１５における検出方法の一例につき図９を参照して説明する。図９（ａ）は、ＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野内で実際に撮像素子により撮像される検出範囲６８を示し、この図９（ａ）において、検出範囲６８内にＸ方向に対応する２個の独立の指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２、及びＹ方向に対応する２個の独立の指標マーク６６Ｙ１，６６Ｙ２が表示されている。これらの指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２，６６Ｙ１，６６Ｙ２は、図３のＦＩＡ顕微鏡５Ａ内でウエハの表面との共役面に配置され、且つウエハ上のマークを検出するための照明光とは独立の照明光で照明されている。また、ＦＩＡ顕微鏡５Ａ内にはＸ方向に対応する方向に走査を行うＸ軸用の撮像素子と、Ｙ方向に対応する方向に走査を行うＹ軸用の撮像素子とが並列に設けられ、Ｘ軸用の撮像素子は指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２を横切る方向に走査を行って、図７（ｃ）に示す撮像信号ＳＸ１を出力する。図７（ｃ）内の信号部６７ＸがＸ軸のサーチマーク４５Ｘに対応し、その撮像信号ＳＸ１をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変化して画像処理することにより、指標マーク６６Ｘ１，６６Ｘ２を基準とした第１サーチマーク４７ＡのＸ座標が検出される。
【０１０２】
同様に、Ｙ軸用の撮像素子は指標マーク６６Ｙ１，６６Ｙ２を横切る方向に走査を行って、図７（ｂ）に示す撮像信号ＳＹ１を出力する。図７（ｂ）内の信号部６７ＹがＹ軸のサーチマーク４５Ｙに対応し、その撮像信号ＳＹ１を画像処理することにより、指標マーク６６Ｙ１，６６Ｙ２を基準とした第１サーチマーク４７ＡのＹ座標が検出される。但し、指標マークの代わりに、例えばＦＩＡ顕微鏡５Ａ内の撮像素子の所定の画素、又は撮像管を使用する際には走査開始点等を基準として位置検出を行ってもよい。
【０１０３】
その後、ウエハステージを駆動して、図８（ｂ）に示すようにＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野５Ａａ内に第２サーチマーク４７Ｂを移動して（ステップ１１６）、ＦＩＡ顕微鏡５Ａで第２サーチマーク４７ＢのＸ方向、Ｙ方向の座標（ＦＸ２，ＦＹ２）を検出する（ステップ１１７）。次に、ステップ１０８において、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置を基準として、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に回転角θ、及びオフセット（（ＦＸ１＋ＦＸ２）／２，（ＦＹ１＋ＦＹ２）／２）を与えた新たな座標系（以下、「ＸＹθ変換座標」と呼ぶ）（ＸＰ ，ＹＰ）を導入する。この場合の回転角θは、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの間隔をＬとして次式で表される。
【０１０４】
【数１】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（ＦＹ２−ＦＹ１）／Ｌ｝
そして、新たなＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）は、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対して次式で表される。
【０１０５】
【数２】
次に、ステップ１１９において、ＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）に従ってウエハステージを駆動して、図８（ａ）に示すようにＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野５Ａａ内に第１サーチマーク４７Ａを再び移動する。それに続くステップ１２０において、ステップ１１９が終了した状態でθ顕微鏡５Ｂの観察視野５Ｂａ内に存在するパターン（ストリートライン等）を撮像し、撮像された画像を記憶するか形状の特徴を記憶する。この動作につき図１０を参照して説明する。
【０１０７】
図１０（ａ）はステップ１１９が終了した状態でのＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出領域６８の画像を示し、この図１０（ａ）の画像をＹ軸の撮像素子でＹ方向に走査して得られる撮像信号ＳＹ１を図１１（ａ）に示す。このようにＸＹθ変換座標に従って移動すると、第１サーチマーク４７Ａの中心はＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出領域６８の中心に設定される。また、第１サーチマーク４７ＡのＹ軸用のサーチマーク４５Ｙに対応して、図１１（ａ）の撮像信号ＳＹ１は位置Ｙ１ ，Ｙ２ ，Ｙ３ で下側にピークとなっている。そこで、（Ｙ１ ＋Ｙ２ ＋Ｙ３）／３で求められるＹ座標ＹＡが第１サーチマーク４７ＡのＹ方向の位置として検出される。
【０１０８】
これに対し、図１０（ｂ）はステップ１１９が終了した状態でのθ顕微鏡５Ｂの検出領域６９内の画像を示し、この図１０（ｂ）において、Ｘ方向に伸びる２つのエッジ部７０ａ，７０ｂに挟まれたストリートライン領域７０の上下にそれぞれ、ショット領域４９Ａ内のパターン７１Ａ、及びショット領域４９Ｂ内のパターン７１Ｂがある。そして、本例のＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）の決定方法から、ストリートライン領域７０中に、ＸＹθ変換座標におけるＸＰ 軸、即ち座標ＹＰ の値が０となる直線が存在するため、その直線を一点鎖線の仮想直線７０ｃとする。本例では、図１０（ｂ）の画像をＹ方向（ほぼＹＰ 方向とみなしている）に対応する方向に走査することにより、図１１（ｂ）に示す撮像信号ＳＹ２を得る。この図１１（ｂ）において、下方向への２つのピークの位置ＳＲ１及びＳＲ２がそれぞれ、図１０（ｂ）のエッジ部７０ａ，７０ｂのＹ座標に対応する。そこで、図１０（ｂ）の仮想直線７０ｃに対応する図１１（ｂ）上での位置ＹＢ（即ち、ＹＰ ＝０となる位置）を求める。
【０１０９】
そして、本例では位置ＹＢと両隣の位置ＳＲ１，ＳＲ２とのそれぞれの間隔ΔＳＲ１，ΔＳＲ２を検出することにより、図１０（ｂ）における仮想直線７０ｃとストリートライン領域７０の２つのエッジ部７０ａ，７０ｂとのＹ方向への間隔を求め、これを図３の中央制御系１８内に記憶する。更に、エッジ部７０ａ，７０ｂとその他のパターン（パターン７１Ａ，７１Ｂ等）とを正確に識別できるように、図１１（ｂ）の撮像信号ＳＹ２中の位置ＳＲ１，ＳＲ２での信号強度、その他のパターンに対応する部分での信号強度、及び位置ＳＲ１，ＳＲ２とその他のパターンとの間隔等の特徴を求めて中央制御系１８内に記憶する。１ロット内のウエハでは２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂとストリートライン領域７０との位置関係は同じであるとみなして、２枚目以降のウエハに対しては、図１１（ｂ）の撮像信号ＳＹ２から位置ＳＲ１，ＳＲ２を識別し、位置ＳＲ１，ＳＲ２に基づいて座標ＹＰ が０となる位置ＹＢを検出するようにする。
【０１１０】
なお、上述の例では図１１（ｂ）の撮像信号ＳＹ２から２つのエッジのピークの位置ＳＲ１，ＳＲ２を識別しているが、その撮像信号ＳＹ２の波形をＡ／Ｄ変換して記憶し、次のウエハで得られた撮像信号の波形との相関をとることで座標ＹＰ が０となる位置ＹＢを検出する方法も考えられる。また、上述の例では図１０（ａ）に示すように、第１サーチマーク４７Ａの中心をＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出領域６８の中心に設定しているが、図１０（ｂ）に示すように、座標ＹＰ が０となる仮想直線７０ｃがθ顕微鏡５Ｂの検出領域６９の中心になるような新しい座標系を設定してもよい。
【０１１１】
次に、ステップ１２２に移行して、ウエハ６上の所定のショット領域に付設されたファインマーク４６Ｘ，４６Ｙの位置検出を行うことによりファインアライメントを行う。ここでは、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているようなエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式でファインアライメントを行う。即ち、ＸＹθ変換座標に基づいてウエハステージを駆動することにより、アライメントセンサ４を用いて、ウエハ６上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたＸ軸、及びＹ軸のファインマークの座標を検出し、この検出結果を統計処理してウエハ６上の全部のショット領域のＸＹθ変換座標での配列座標を算出する。
【０１１２】
その後、ステップ１２３において、そのファインアライメントで算出された各ショット領域の配列座標に基づいて順次ウエハステージを駆動して、ウエハ６上の各ショット領域を露光位置に位置決めしてそれぞれレチクル１のパターン像を投影露光する。この際に、最終的な位置調整ではウエハステージを静止した状態で、レチクル１側のステージを駆動してレチクルとウエハとの相対的な位置ずれ量を補正してもよい。これによってウエハ６への露光が終了し、ウエハ６が搬出された後に、このロット内で次に露光するウエハについて図１のステップ１０１〜１０８が実行されてプリアライメントが行われる。その後、そのウエハについて図２のステップ１１２及び１１３が実行されてステップ１１４に移行する。
【０１１３】
今度のウエハはこのロット内の２枚目以降であるため、動作はステップ１１４からステップ１２４に移行して、図８（ａ）と同様の状態でＦＩＡ顕微鏡５Ａにより第１サーチマーク４７ＡのＸ座標、及びＹ座標（ＦＸ１，ＦＹ１）を検出するのと同時に、θ顕微鏡５Ｂによってストリートライン領域７０の両側のエッジ部のＹ座標ＳＲ１，ＳＲ２を検出する。この際にステップ１２０で記憶した画像データより、ストリートライン領域７０の両側のエッジ部とそれ以外のパターンとの識別を行う。また、それらのＹ座標ＳＲ１，ＳＲ２より新たな座標系のＹＰ 軸の値が０となるときのＹ座標ＹＢを求める。
【０１１４】
そして、ステップ１２５において、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に回転角θ、及びオフセット（Ｏｘ，Ｏｙ）を与えた新たなＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）を導入する。この場合の回転角θは、ＦＩＡ顕微鏡５Ａの検出中心とθ顕微鏡５Ｂの検出中心との間隔Ｌ’と、上述の計測値とを用いて次式で表される。
【０１１５】
【数３】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（ＹＢ−ＦＹ１）／Ｌ’｝
また、２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの間隔Ｌを用いると、１次近似で第２サーチマーク４７Ｂの座標（ＦＸ２，ＦＹ２）はほぼ（ＦＸ１＋Ｌ，ＦＹ２＋θ・Ｌ）で与えられる。そこで、オフセット（Ｏｘ，Ｏｙ）をそれら２つのサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの中点の座標として、新たなＸＹθ変換座標（ＸＰ ，ＹＰ）は、ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対して上述の（数２）で表される。その後はステップ１２２，１２３でそのウエハに対するアライメント及び露光が行われる。この際に、２枚目以降のウエハに対してはサーチアライメント時に、ＦＩＡ顕微鏡５Ａ及びθ顕微鏡５Ｂで同時計測を行い、Ｘ，Ｙ方向の位置及び回転角を一度に求めるため、計測時間が短縮されスループットが向上している。
【０１１６】
次に、使用するアライメントセンサがＬＳＡ方式、又はＦＩＡ方式で、且つサーチアライメントを行わない場合の説明を行う。この場合の動作はステップ１２１からステップ１２６に移行して、先ずモード選択が行われる。本例ではラフモードと、ファインモードとの２つのモードがある。本例では図１に示すプリアライメントの精度は例えば標準偏差の３倍（３σ）で２０μｍ程度であるため、ファインアライメント開始時の精度としては十分である場合（ラフモード）と、不十分である場合（ファインモード）とに分かれる。そこで、ラフモードのときにはステップ１２２に移行して、そのプリアライメントの精度のままで、例えば所定個数のサンプルショットの位置計測を行うことによりＥＧＡ方式のファインアライメントを行う。
【０１１７】
一方、ファインモードのときには、指定されたアライメントセンサを用いて、ウエハ上の離れた２箇所のショット領域に付設されたＸ軸、及びＹ軸のファインマークの座標を計測し（ステップ１２７）、その結果からステップ１１８と同様にＸＹθ変換座標を求める（ステップ１２８）。その後、ＸＹθ変換座標に従ってウエハステージを駆動することにより、３番目のサンプルショット以降、又は最初のショット領域も含めてそれぞれ、ファインマークの中心をアライメントセンサの検出領域のほぼ中心に設定して計測を行い（ステップ１２９）、計測終了後にステップ１２３で露光を行う。
【０１１８】
一般的には、ＬＳＡ方式やＦＩＡ方式では検出可能な範囲が広いため、スループットの点で有利なラフモードが選択されるが、例えばＦＩＡ方式の画像処理系の画面内ディストーションや倍率誤差等の影響を排除して高精度で測定を行うことが要求される場合は、画面ディストーション等を予め計測して補正するか、又はファインモードが望ましい。また、モード選択は予めプロセスに応じて選択するようにしてもよいが、プリアライメント精度の良否によって自動的にモード選択を行ってもよい。なお、図２のステップ１２４において、θ顕微鏡５Ｂの検出範囲内にパターンが存在しない場合は、検出対象パターン無しと判定して、先頭ウエハに対して行ったステップ１１５〜１１８を実行した後、ステップ１２２に移るシーケンスを自動的に選択する。
【０１１９】
なお、上述の実施の形態では、プリアライメント終了後にサーチアライメント又はファインアライメントに移行できることを前提とした。しかし、例えば他の露光装置でウエハ上の１層目への露光が行われており、その２層目に図３の投影露光装置で露光を行う場合で、且つそれら２つの露光装置間でアライメントセンサの設置位置等のマッチングが取れていないような場合には、ウエハが外形基準で正確に位置合わせされても、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂがアライメントセンサの観察視野に存在しない程、サーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置がＸ方向、Ｙ方向、回転方向にずれていることがある。このようなときには、ロットの第１ウエハにおいて、図１のプリアライメント終了後にオペレータの指示待ちとし、オペレータによってサーチマーク４７Ａ，４７Ｂの位置のマニュアル計測を実施してもよい。そして、その結果をもとに、センターアップ回転機構用の回転角のオフセット、及びサーチアライメント位置のＸ方向、Ｙ方向へのオフセットを算出して補正してやれば、そのロットの第２ウエハ以降は図１のプリアライメント後に、図２のサーチアライメント又はファインアライメントに自動的に移行することが可能となる。
【０１２０】
また、上述の実施の形態では、ウエハのローディングポジション上にウエハのエッジ位置のセンサとしての２次元画像処理装置が設置されているが、ウエハサイズ等によってはそのローディングポジションにエッジ位置のセンサを配置するのが困難な場合もある。このようなときには、ウエハをセンターアップ３８上に搭載したままで、ウエハステージを駆動して外形計測可能な位置にウエハを移動してもよいし、又は一度ウエハをウエハホルダ３０上に設置してからウエハステージを駆動して外形計測可能な位置まで移動しても構わない。
【０１２１】
更に、本発明はステップ・アンド・リピート型の露光装置のみでなく、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置等の露光装置にも適用できる。
このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明の位置決め方法によれば、感光基板（ウエハ）の受け渡しが行われた直後に、２次元画像処理装置を用いて非接触で感光基板の外周部のエッジ計測を行うので、感光基板を基板ステージ上に降下させるのと並行して、感光基板の回転誤差の補正（プリアライメント）を行うことができる。従って、プリアライメントに要する時間を短縮できる。また、基板ステージ側に回転機構を設ける必要がないため、基板ステージ（ウエハステージ）の構成が簡略化でき、それにより基板ステージの剛性向上及び軽量化を図ることができ、結果として例えば基板のローダ系から基板ステージに感光基板を載置する際の感光基板の位置決めを高速且つ高精度に行うことができる利点がある。
【０１２３】
また、２次元画像処理系の観察視野内に接触式の位置決め方式でその感光基板をその基板ステージ上で位置決めする際の基準位置に対応する仮想的位置を設定し、その感光基板上の計測点の対応する仮想的位置からの位置ずれ量に基づいてその感光基板の位置決めを行っているため、接触式の位置決め（プリアライメント）を行う他の露光装置との間で、その大まかな位置決めを行う際（プリアライメント時）の高いマッチング精度を得ることができる。
【０１２４】
この場合、その感光基板の外周部のその切り欠き部が１つの楔状の切り欠き部であるときに、それら２次元画像処理系による計測点を、その切り欠き部に１箇所、及びそれ以外のその感光基板の外周部に２箇所設定したときには、それら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【０１２５】
一方、その感光基板の外周部のその切り欠き部がエッジが平坦な１つの切り欠き部であるときに、それら２次元画像処理系による計測点を、その切り欠き部に２箇所、及びそれ以外のその感光基板の外周部に１箇所設定したときには、それら３箇所の計測点で感光基板の位置を検出することによって、その感光基板の回転角、及び２次元的な位置を特定できる。
【０１２６】
また、感光基板を基板ステージ上に載置したときのその感光基板の位置を予測する際に、その感光基板をそのまま基板昇降手段を介してその基板ステージ上に載置した際のその接触式の位置決め方式で位置決めした場合との回転誤差、及び位置ずれ量を求め、その基板昇降手段を介してその感光基板をその基板ステージ上に載置する際にその回転誤差を補正し、その感光基板をその基板ステージ上に載置した後、その基板ステージを介してその位置ずれ量を補正するときには、その基板ステージの構成を簡略化して、その感光基板の位置決めを高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置合わせ方法の実施の形態の一例のプリアライメント工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明による位置合わせ方法の実施の形態の一例のサーチアライメント工程、及びファインアライメント工程を示すフローチャートである。
【図３】図１及び図２の位置合わせ方法を実施するための投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】図３の投影露光装置で用いられるウエハ搬送装置、ウエハの受け渡し機構、及びターンテーブル機構等を示す図である。
【図５】（ａ）はオリエンテーションフラット部を有するウエハを示す平面図、（ｂ）はノッチ部を有するウエハを示す平面図である。
【図６】ウエハのエッジ部を検出するための２次元の画像処理装置５０の一例を示す一部を切り欠いた構成図である。
【図７】ウエハのノッチ部の検出方法の一例の説明に供する図である。
【図８】（ａ）は第１ファインマーク４７ＡがＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野内にある場合を示す平面図、（ｂ）は第２ファインマーク４７ＢがＦＩＡ顕微鏡５Ａの観察視野内にある場合を示す平面図である。
【図９】（ａ）はその実施の形態の一例において、１番目のウエハの第１サーチマーク４７Ａの観察画像を示す図、（ｂ）は図９（ａ）をＹ方向に走査して得られる撮像信号を示す波形図、（ｃ）は図９（ａ）をＸ方向に走査して得られる撮像信号を示す波形図である。
【図１０】（ａ）は２番目以降のウエハの第１サーチマーク４７Ａの観察画像を示す図、（ｂ）はその際にθ顕微鏡５Ｂで観察される画像を示す図である。
【図１１】（ａ）は図１０（ａ）の画像に対応する撮像信号を示す波形図、（ｂ）は図１０（ｂ）の画像に対応する撮像信号を示す波形図である。
【図１２】画像処理装置５０の別の例を示す一部を切り欠いた構成図である。
【図１３】ウエハの種々のノッチ部及びオリエンテーションフラット部の説明図である。
【図１４】ラインセンサ、又は２次元の画像処理装置を用いてウエハ６の外周のエッジ位置を検出する方法の説明図である。
【図１５】ノッチ部を有するウエハ６Ｎに対して接触方式のプリアライメント機構とのマッチングを取りながらエッジ位置の検出を行う方法の説明図である。
【図１６】オリエンテーションフラット部を有するウエハ６に対して接触方式のプリアライメント機構とのマッチングを取りながらエッジ位置の検出を行う方法の説明図である。
【図１７】従来の投影露光装置に用いられるウエハの受け渡し機構を示す構成図である。
【図１８】ウエハの再載置を行うかどうかを判定する動作、及びその再載置の動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ レチクル
３ 投影光学系
４ ＬＩＡ方式、及びＬＳＡ方式のアライメントセンサ
５Ａ ＦＩＡ方式のアライメントセンサ（ＦＩＡ顕微鏡）
５Ｂ ＦＩＡ方式のアライメントセンサ（θ顕微鏡）
６，６Ｎ ウエハ
１０ Ｚチルト駆動部
１１ Ｘステージ
１２ Ｙステージ
１５ アライメント制御系
１６ ステージ制御系
１８ 中央制御系
２１，２２ ウエハアーム
２３ スライダー
２９ 試料台
３８ センターアップ
５０，５１，５２ ２次元の画像処理装置
８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ 観察視野
Ａ，Ｂ，Ｅ，Ａ１，Ｂ１，Ｅ１ 仮想位置
Claims (4)
- ２次元的に移動自在な基板ステージ上に保持された実質的に円形で外周部の一部に切り欠き部を有する感光基板上にマスクパターンを転写する際の前処理工程として、前記基板ステージ上に前記感光基板を位置決めするための位置決め方法において、
前記感光基板を前記基板ステージの上方の所定の受け渡し点に搬送し、
該受け渡し点で前記感光基板の外周部の前記切り欠き部に設定された１箇所以上の計測点、及び前記感光基板の外周部の他の１箇所以上の計測点の位置をそれぞれ２次元画像処理系を用いて非接触に計測すると共に、
前記２次元画像処理系の観察視野内に接触式の位置決め方式で前記感光基板を前記基板ステージ上で位置決めする際の基準位置に対応する仮想的位置を設定し、
前記２次元画像処理系により計測される前記計測点の位置の前記仮想的位置からのずれ量、及び前記感光基板を所望の角度回転して前記受け渡し点から前記基板ステージ上に設定するための基板昇降手段について予め計測された回転中心の座標より、前記感光基板を前記基板ステージ上に載置したときの前記感光基板の位置を予測し、
該予測された結果に基づいて、前記感光基板を前記基板ステージ上で前記接触式の位置決め方式で位置決めした場合と同じ位置に位置決めすることを特徴とする位置決め方法。 - 請求項１記載の位置決め方法であって、
前記感光基板の外周部の前記切り欠き部は１つの楔状の切り欠き部であり、
前記２次元画像処理系による前記計測点は、前記切り欠き部に１箇所、及びそれ以外の前記感光基板の外周部に２箇所設定されることを特徴とする位置決め方法。 - 請求項１記載の位置決め方法であって、
前記感光基板の外周部の前記切り欠き部はエッジが平坦な１つの切り欠き部であり、
前記２次元画像処理系による前記計測点は、前記切り欠き部に２箇所、及びそれ以外の前記感光基板の外周部に１箇所設定されることを特徴とする位置決め方法。 - 請求項１、２、又は３記載の位置決め方法であって、
前記感光基板を前記基板ステージ上に載置したときの前記感光基板の位置を予測する際に、前記感光基板をそのまま前記基板昇降手段を介して前記基板ステージ上に載置した際の前記接触式の位置決め方式で位置決めした場合との回転誤差、及び位置ずれ量を求め、
前記基板昇降手段を介して前記感光基板を前記基板ステージ上に載置する際に前記回転誤差を補正し、前記感光基板を前記基板ステージ上に載置した後、前記基板ステージを介して前記位置ずれ量を補正することを特徴とする位置決め方法。
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