JPH09186061A - 位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接触方式のプリアライメント機構とのマッチ
ングを取りつつ、非接触方式で高速にウエハのプリアラ
イメントを行う。 【解決手段】 ウエハ６Ｎのノッチ部ＮＰ上に２次元画
像処理装置の観察視野８６Ｃを設定し、ウエハ６Ｎの他
の円周上の２箇所に２次元画像処理装置の観察視野８６
Ａ，８６Ｂを設定する。観察視野８６Ａ〜８６Ｃ内にそ
れぞれ接触方式のプリアライメント機構の基準ピンとの
接触位置に対応する仮想位置Ａ，Ｂ，Ｅを設定し、観察
視野８６Ａ〜８６Ｃ内のウエハ６Ｎのエッジ位置Ｃ，
Ｄ，Ｆの仮想位置Ａ，Ｂ，Ｆからの位置ずれ量より、ウ
エハ６ＮのＸ方向へのオフセット、Ｙ方向へのオフセッ
ト、及び回転誤差を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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 A
lignment）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 A
lignment）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ＬＩ
Ａ(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ＦＩ
Ａ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１
３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（１
１，１２）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；６
Ｎ）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；Ｆ
１）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１０
３）、それら２次元画像処理系の観察視野（８６Ａ，８
６Ｂ，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（３
５〜３８）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１０
６）ものである。

【００１５】斯かる本発明によれば、基板ステージ（１
１，１２，２９）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（５０，５１，５
２）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１
７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 Align
ment）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５
０〜５２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３８
ａ〜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３８
ａ〜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３５
Ｚ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３
７、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６１
ｂ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φ_F 、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φ_A,φ_B,φ_C における検出信
号Ｓ１、及び所定の回転角φ_D 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φ_A,φ_B,φ_C 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φ_C 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φ_D 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φ_A,φ_B,φ_C,φ_D での検出信号Ｓ１の値、及
び回転角φ_A,φ_B,φ_D 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φ_C 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φ_A,φ_B,φ_C,φ_D での
検出信号Ｓ１の値、及び例えば回転角φ_B,φ_D 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φ_A,φ_C 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φ_A,φ_B,φ_C,φ
_D 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５１
ａ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３８
ａ〜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５
４、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、２
０μｍ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１
４（ｃ）において、ウエハ６の外周６ａ上の観察視野５
０ａ１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φ_A,φ_B,φ
_C,φ _D 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８４
Ａ’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Ｎ
Ｐ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６
５Ｃ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５
０ａ１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３０Ｃ
ｄ〜３０Ｃｆとが形成され、それらの切り欠き部３０Ｃ
ａ〜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５
２ａ２，５１ａ２，５０ａ２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１
５（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 ＋ｘ
₃)／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＝（ｘ ₄ ＋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】 ΔＸ＝（ｘ₃'＋ｘ₄'−ｘ₁ −ｘ₂)／２， ΔＹ＝（ｙ₃'＋ｙ₄'−２ａ）／２ ＝｛ｆ’（ｘ₃'）＋ｇ’（ｘ₄'）−２ａ｝／２ 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，Δ
Ｙ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５０，５
１，５２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〜８２
Ｃ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８
６Ａ，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,ｙ ₈)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Ａ
１，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３
８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，８６
Ｂ、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〜８
６Ｃ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１
６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〜８６
Ｃ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Δ
Ｘ，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，Δ
Ｙ，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〜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。 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】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。 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４
７Ｂ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δ
Ｙ、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４７
Ａ，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４
７Ａ，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（Ｆ_X1，Ｆ_Y1）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４７
ＢのＹ座標Ｆ_Y2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，δ
θ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１３
５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，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、，，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Ｆ
ＩＡ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１
０３以下のサーチアライメントシーケンスに移行し、Ｌ
ＳＡ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４
５Ｘ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４５
Ｙとを組み合わせたＦＩＡ方式用の第１サーチマーク４
７Ａ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５
Ｂ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５
Ａａ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
（Ｆ_X1，Ｆ_Y1）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６６Ｘ１，６６Ｘ２，６６Ｙ
１，６６Ｙ２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６
６Ｙ１，６６Ｙ２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１１
６）、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（Ｆ_X2，Ｆ_Y2）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（（Ｆ_X1＋Ｆ_X2）／２，（Ｆ_Y1＋Ｆ_Y2）／２）を与え
た新たな座標系（以下、「ＸＹθ変換座標」と呼ぶ）
（Ｘ_P ，Ｙ_P)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｛（Ｆ_Y2−Ｆ_Y1）／Ｌ｝ そして、新たなＸＹθ変換座標（Ｘ_P ，Ｙ_P)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（Ｘ_P ，Ｙ_P)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１
１（ａ）の撮像信号ＳＹ１は位置Ｙ₁ ，Ｙ₂ ，Ｙ ₃ 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１１
９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（Ｘ
_P ，Ｙ_P)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Ｘ_P 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１
０（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、Ｙ_P ＝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Ｓ
Ｒ１，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７
０ｃとストリートライン領域７０の２つのエッジ部７０
ａ，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，７
０ｂ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ＳＲ
１，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Ｓ
Ｙ２から位置ＳＲ１，ＳＲ２を識別し、位置ＳＲ１，Ｓ
Ｒ２に基づいて座標Ｙ_P 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，ＳＲ
２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Ｙ_P 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Ｙ_P 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６１−４４
４２９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５
Ａにより第１サーチマーク４７ＡのＸ座標、及びＹ座標
（Ｆ_X1，Ｆ_Y1）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１２
０で記憶した画像データより、ストリートライン領域７
０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Ｙ_P 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
（Ｘ_P ，Ｙ _P)を導入する。この場合の回転角θは、ＦＩ
Ａ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−Ｆ_Y1）／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（Ｆ
_X2，Ｆ_Y2）はほぼ（Ｆ_X1＋Ｌ，Ｆ_Y2＋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（Ｘ_P ，Ｙ_P)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ＬＳ
Ａ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２０μ
ｍ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１２
９）、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，４
７Ｂ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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。