JPWO2006025386A1 - 位置合わせ方法、処理システム、基板の投入再現性計測方法、位置計測方法、露光方法、基板処理装置、計測方法及び計測装置 - Google Patents

位置合わせ方法、処理システム、基板の投入再現性計測方法、位置計測方法、露光方法、基板処理装置、計測方法及び計測装置 Download PDF

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Abstract

露光装置とは独立して動作するインライン計測器等によってウエハＷの被計測面のエッジ及び各サーチアライメントマークＳＹＭ、ＳθＭを検出し、その被計測面に略平行な２次元座標系であってウエハＷのノッチの位置により規定されるＸ’Ｙ’座標系でのサーチマークＳＹＭ、ＳθＭの位置座標を計測する。そして、露光装置にウエハＷを投入する際のプリアライメントにおいて、ウエハＷのエッジを検出し、その検出結果からＸ’Ｙ’座標系での前記物体の位置情報を計測する。さらに、プリアライメントの計測結果に基づいて露光装置へロードされるウエハＷと、ウエハＷ上のサーチマークの位置を計測するアライメントの計測視野とのＸ’Ｙ’座標系における相対位置を、インライン計測器等の計測結果に基づいて調整する。

Description

本発明は、位置合わせ方法、処理システム、基板の投入再現性計測方法、位置計測方法、露光方法、基板処理装置、計測方法及び計測装置に係り、さらに詳しくは、例えば、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、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において、回路パターンを高精度、高スループットに形成するための位置合わせ方法及び処理システム、所定の基準位置に位置決めされる基板の投入再現性を計測する基板の投入再現性計測方法、当該基板の投入再現性計測方法を用いて基板の位置情報を計測する位置計測方法、当該位置計測方法により計測された位置情報を用いて基板の位置制御を行いつつ処理を行う露光方法及び基板処理装置、物体上のマークの位置情報を計測する計測方法及び計測装置に関する。
半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）等の逐次移動型の投影露光装置（以下、「露光装置」と略述する）が主として用いられている。
半導体素子等を製造する場合には、異なる回路パターンをウエハ上に幾層にも積み重ねて形成するが、各層間での重ね合わせ精度が悪いと、回路上の特性に不都合が生じることがある。このような場合、チップが所期の特性を満足せず、最悪の場合にはそのチップが不良品となり、歩留りを低下させてしまう。したがって、露光工程では、回路パターンが形成されたレチクルと、ウエハ上の各ショット領域に既に形成されたパターンとを正確に重ね合わせて転写することが重要となる。
このため、露光工程では、回路パターンが形成されたウエハ上の複数のショット領域の各々に予めアライメントマークを付設しておき、再度露光工程（重ね合わせ露光工程）を行う場合には、各アライメントマークを何らかの観察装置で観察し、そのアライメントマークの位置（ウエハが載置されるウエハステージのステージ座標系（該ウエハステージの移動を規定する座標系、通常はレーザ干渉計の測長軸によって規定される座標系）上の座標値）を、その観察結果に基づいて計測する。しかる後、この計測結果、すなわちマークの位置情報と既知のレチクルパターンの投影位置の位置情報（これは事前測定される）とに基づいて、ステージ座標系と、ウエハ上の複数のショット領域によって規定される配列座標系とのずれが求められ、そのずれを考慮して、各ショット領域とレチクルパターンの投影位置との位置関係を求める、いわゆるウエハアライメント（ファインアライメント）が行われる（例えば、特許文献１〜３等）。
なお、このようなアライメントマーク（以下、「ファインアライメントマーク」と呼ぶ）は、検出精度を高度化する観点から高倍率で観察されるため、ファインアライメントマークを観察する際の観察装置の観察視野は必然的に狭いものとなる。そこで、狭い観察視野でそのマークを確実に捉えるために、ファインアライメントマークの観察に先立って、ステージ座標系と配列座標系とのずれを以下のように検出している。
まず、少なくともノッチ（又はオリエンテーションフラット）を含むウエハの外縁部を検出することにより、ウエハステージ上におけるウエハの向きや中心位置のずれをラフに検出し、そのずれに応じてウエハ位置を調整する。この検出動作を、一般にプリアライメントという。すなわち、プリアライメントでは、ウエハの検出外形に基づいて、ウエハＷの位置合わせを行う。
また、ウエハ上の少なくとも２箇所には、観察装置によって低倍率で観察可能なマーク、いわゆるサーチアライメントマークがショット領域、ファインアライメントマークに付随して設けられている。そこで、プリアライメントによって位置合わせされたウエハに対し、そのプリアライメントの結果を基準として、すなわちウエハの外形基準で、所定の観察装置によって各サーチアライメントマークを観察する。そして、その観察結果に基づいて、各サーチアライメントマークの位置を検出し、各サーチアライメントマークの位置に基づいて、ウエハの回転成分、オフセットを算出する。この検出動作を、一般にサーチアライメントという。そして、上記ファインアライメントでは、このサーチアライメントの結果を基準として、ファインアライメントマークの計測が行われる。
このように、従来より、露光装置では、高精度な重ね合わせ露光を実現するために、露光前にプリアライメント、サーチアライメント、及びファインアライメントという一連のアライメント処理が行われている。各アライメント処理は、先行するアライメント処理の結果を受けて行われるので、先行のアライメント処理が良好に行われていることが、そのアライメント処理を精度良く行うための必須条件となる。
ところで、複数台の露光装置を有する基板処理工場においては、そのプロセスのスケジューリングの都合上、重ね合わせ露光を、異なる露光装置間で行うことも多い。かかる場合には、以下に示す項目が、例えばサーチアライメントマークの位置の誤差の要因となる。すなわち、前層の露光を行った露光装置（以下、「前層露光装置」と呼ぶ）における
Ａ．オフセット（例えば約４０μｍ）
Ｂ．プリアライメント及び露光装置へのウエハ投入の再現性（例えば３σ＝約１５μｍ）
次層の露光を行う露光装置（以下、「次層露光装置」と呼ぶ）における
Ｃ．オフセット（例えば約４０μｍ）
Ｄ．プリアライメント及びウエハ投入の再現性（例えば３σ＝約１５μｍ）
Ｅ．マーク計測を行う計測装置の製造誤差、マークを検出する光学系の倍率公差など（例えば約１０μｍ）
である。このような点を考慮して、例えばサーチアライメントマークの計測を行う計測装置の計測範囲は、例えば以下のように設定される。
Ａ＋Ｃ＋√（Ｂ2＋Ｄ2）＋Ｅ＝１３３μｍ（±６６．５μｍ）
しかしながら、ウエハの外形がウエハの反りなどでウエハによって若干ばらつくこともあり、プリアライメントにおいてウエハの外形を検出し、外形基準でウエハを投入しても、ウエハ毎にサーチマークの位置がばらつくことがある。また、ウエハ投入時にウエハを露光装置内に投入する機構の調整不足又は経時変化などによってウエハ投入再現性が低下することもある。このようなことから、上記Ａ．〜Ｅ．の変動要因の影響をなるべく少なくして、サーチアライメントマーク等を確実に計測装置の計測範囲内に収めるようにすることが求められている。
また、プリアライメントにより位置合わせされ、露光装置へ投入されたウエハの投入再現性の計測は、その露光装置におけるプロセスを一旦停止し、定期的なメンテナンスにおいて、プロセスのウエハではない装置調整用の基準ウエハをその露光装置に複数回（例えば６０回）投入することにより行われていた（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、このような基準ウエハによる投入再現性の計測を行うために、プロセスを中断するのは、スループットの観点から見て必ずしも好ましいものではない。また、上記メンテナンス時にしかウエハ投入再現性の計測を行わない場合、その計測が行われるまでは、ウエハ投入再現性に異常が発生したことを認知することができないので、その間の歩留まりが低下してしまうおそれがある。
特開昭６１−４４４２９号公報 米国特許第４，７８０，６１７号明細書 特開昭６２−８４５１６号公報 特開平５−２８３３１５号公報
上記事情の下になされた本発明は、第１の観点からすると、物体に対して所定処理を行う処理装置に、少なくとも２つのマークがその被計測面に形成された物体を投入する前に、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部及び前記各マークを検出し、その検出結果に基づいて、前記被計測面に略平行な２次元座標系であって前記外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系での前記各マークの位置座標の計測を行う事前計測工程と；前記処理装置への前記物体の投入時の前記物体の位置合わせを行うために、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部を検出し、その検出結果に基づいて前記外形基準座標系での前記物体の位置情報を計測する本計測工程と；前記本計測工程の計測結果に基づいて前記処理装置へ投入される前記物体の、前記処理装置内に設けられ前記物体上の前記各マークの位置を計測するマーク計測装置の計測視野に対する前記２次元座標系における相対位置関係を、前記事前計測工程における計測結果に基づいて調整する調整工程と；を含む位置合わせ方法である。
ここで、「外形基準座標系」とは、物体の外形を基準とする座標系である。例えば、物体の被計測面に略平行な２次元座標系であってその物体の被計測面の外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される座標系であれば、この外形基準座標系に含まれるものとする。
これによれば、処理装置への物体の投入時に、本計測工程において、物体の被計測面の外縁の少なくとも一部を検出し、その検出結果に基づいて、物体の被計測面に略平行な２次元座標系であって前記物体の外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系での物体の位置情報を計測し、その計測結果に基づいて物体の位置合わせを行うような場合に、本計測工程に先立って、事前計測工程において、物体の被計測面の外縁の少なくとも一部と、物体の被計測面上に形成された少なくとも２つのマークとを検出し、その検出結果に基づいて、外形基準座標系での各マークの位置座標の計測を事前に行う。さらに、調整工程において、本計測工程の計測結果に基づく位置合わせにより処理装置へ投入される物体と、物体上の前記各マークの位置を計測するマーク計測装置の計測視野との２次元座標系における相対位置関係を、事前計測工程における計測結果に基づいて調整する。
このようにすれば、前層処理装置における、Ａ．オフセット及びＢ．プリアライメント及び処理装置へのウエハ投入の再現性などに起因する物体の外形ばらつきや外形基準座標系の相違などによるマーク位置のばらつきを事前に計測し、その計測結果に基づいて、マーク計測を調整することができる。この調整により、処理装置へ投入された物体上のマーク位置をマーク計測装置を用いて計測する際には、そのマーク計測装置の計測視野内にマークを必ず位置させることができるようになり、マーク位置を確実に計測することができるようになる。この結果、そのマーク位置の計測結果に基づいて高精度及び高スループットな処理を実現することができる。
また、本発明は、第２の観点からすると、物体に対して所定処理を行う処理装置と；前記処理装置に投入された前記物体上に形成された少なくとも２つのマークの位置計測を行うマーク計測装置と；前記処理装置に、少なくとも２つのマークがその被計測面に形成された物体を投入する前に、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部及び前記各マークを検出し、その検出結果に基づいて、前記被計測面に略平行な２次元座標系であって前記物体の外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系での前記各マークの位置座標の計測を行う事前計測装置と；前記処理装置への前記物体の投入時の前記物体の位置合わせを行うために、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部を検出し、その検出結果に基づいて前記外形基準座標系での前記物体の位置情報を計測する外縁計測装置と；前記外縁計測装置の計測結果に基づいて処理装置へ投入される前記物体の、前記マーク計測装置の計測視野に対する前記２次元座標系における相対位置関係を、前記事前計測装置の計測結果に基づいて調整する調整装置と；を備える処理システムである。
これによれば、物体が処理装置に投入される前に、事前計測装置によって、外形基準座標系での物体上のマークの位置座標を計測しておき、調整装置によって、その計測結果に基づいてマーク計測装置の計測視野の位置を調整するので、確実に、マークをその計測視野に収めることができる。
本発明は、第３の観点からすると、基板処理装置内に設けられた基準位置に投入される基板の投入位置の再現性を計測する基板の投入再現性計測方法であって、デバイスパターンが順次転写されるべき複数枚の前記基板を前記基準位置に順次位置決めする位置決め工程と；前記基準位置に投入された前記基板上に形成されているマークの位置情報を、前記基板処理装置内に設けられた計測器で順次計測する計測工程と；前記計測工程の計測結果に基づいて前記投入再現性を算出する算出工程と；を有することを特徴とする基板の投入再現性計測方法である。
これによれば、基板処理（例えば露光処理）中に通常行われる、基板（デバイスパターンが転写されるべき基板）に形成されたマークの位置情報の計測結果を用いて投入再現性を計測するようにしたので、従来技術のような専用の基準ウエハを用いる必要がないばかりか、処理を中断する必要もない。従って、処理効率を低下させることなく基板の投入再現性を計測することができるようになる。
本発明は、第４の観点からすると、所定の基準位置に位置決めされた基板の位置を示す位置情報を計測する位置計測方法において、本発明の基板の投入再現性計測方法を用いて前記基準位置に配置される前記基板の投入再現性を計測する工程と；前記投入再現性の傾向に応じて前記基板の位置を調整しつつ、前記基板に形成されたマークの位置情報を計測する工程と；を含むことを特徴とする位置計測方法である。かかる場合には、本発明の基板の投入再現性計測方法を用いて基板の投入再現性を計測することができるので、マーク計測の処理効率が向上する。
本発明は、第５の観点からすると、基板に所定のパターンを転写する露光方法であって、本発明の位置計測方法を用いて前記基板の位置を示す位置情報を求める基板計測工程と；前記基板計測工程において求められた前記基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板に前記パターンを転写する転写工程と；を含む露光方法である。かかる場合には、本発明の位置計測方法を用いて求められた基板の位置情報でその基板の位置制御を行いつつ転写を行うので、高スループットかつ高精度な露光を実現することができる。
本発明は、第６の観点からすると、複数の基板を順次処理する基板処理装置において、前記基板を所定の基準位置に順次位置決めする位置決め手段と；前記基準位置に位置決めされた前記基板に形成されているマークの位置情報を計測する計測手段と；前記計測手段の計測結果に基づいて、前記基板の投入再現性を算出する算出手段と；を有することを特徴とする基板処理装置である。これによれば、基板の投入再現性を、実際に位置決めされた基板に形成されたマークの位置情報の計測結果から実際に求めることができる。
本発明は、第７の観点からすると、その被計測面にマークが形成されている物体の、該被計測面の外縁の少なくとも一部を計測する第１工程と；前記マークを計測する第２工程と；前記第１、第２工程での計測結果に基づいて、前記被計測面に平行な２次元座標系であって前記外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系における前記マークの位置情報を求める第３工程と；を含む計測方法である。
これによれば、物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の計測結果と、マークの計測結果とに基づいて、外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系におけるマークの位置情報を求めることができる。
本発明は、第８の観点からすると、物体に対して所定の処理を施す処理装置内に該物体が投入されるよりも前に、該物体の外縁の少なくとも一部を計測する第１工程と；前記第１工程の計測結果、及び／又は、該第１工程での計測結果を所定の評価方法で評価した評価結果を、前記処理装置に送信する第２工程と；を含む計測方法である。
これによれば、物体を処理装置に投入する前に、その外縁の少なくとも位置を計測し、その計測結果等を、処理装置に送信しておく。このようにすれば、処理装置では、その計測結果を考慮して、物体が投入された後の処理を行うことができる。
本発明は、第９の観点からすると、その被計測面にマークが形成されている物体の、該被計測面の外縁の少なくとも一部を計測する第１計測センサと；前記マークを計測する第２計測センサと；前記第１、第２計測センサの計測結果に基づいて、前記被計測面に平行な２次元座標系であって前記外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系における前記マークの位置情報を求める演算ユニットと；を備える計測装置である。
これによれば、第１計測センサにおける物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の計測結果と、第２計測センサにおけるマークの計測結果とに基づいて、外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系におけるマークの位置情報を求めることができる。
本発明は、第１０の観点からすると、物体に対して所定の処理を施す処理装置の外部に配置され、該物体が該処理装置に投入されるよりも前に、該物体の外縁の少なくとも一部を計測するセンサと；前記センサの計測結果、及び／又は、該センサの計測結果を所定の評価方法で評価した評価結果を、前記処理装置に送信する送信ユニットと；を備えることを特徴とする計測装置である。
これによれば、物体を処理装置に投入する前に、センサによってその外縁の少なくとも位置を計測し、その計測結果や評価結果等を、送信ユニットによって処理装置に送信しておく。このようにすれば、処理装置では、その計測結果を考慮して、物体が投入された後の処理を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る処理システムの概略的な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る露光装置の概略的な構成を示す図である。 ウエハステージ及びウエハホルダを示す斜視図である。 ウエハステージ及びウエハホルダを示す平面図である。 ウエハステージ及びウエハホルダを−Ｙ側から見たときの図（一部断面）である。 ウエハ搬送系とプリアライメント系を示す斜視図である。 計測ユニットの内部構成を簡略化して示す図である。 ノッチウエハにおける計測ユニットによる計測位置を示す図である。 オリエンテーションフラットが設けられているウエハにおける計測ユニットによる計測位置を示す図である。 基板処理装置の全体構成を概略的に示す図である。 インライン計測器の構成を概略的に示す斜視図である。 インライン計測器の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態のウエハプロセスの流れを示すフローチャートである。 ウエハの中心位置と回転量との算出方法を示す図である。 ウエハの中心位置と回転量との算出処理を示すフローチャートである。 投入アームの下降動作の速度分布を示す図である。 センタテーブルの下降動作の速度分布を示す図である。 ウエハ上のサーチアライメントマーク等の形成位置を示す図である。 本発明の一実施形態におけるパイプライン処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態における事前計測処理及びプリアライメント最適化のシーケンスを示すフローチャート（その１）である。 プリアライメント最適化のシーケンスのフローチャート（その２）である。 本発明の一実施形態における事前計測処理及びプリアライメント最適化のシーケンスを示すフローチャート（その３）である。 インライン計測器におけるウエハのエッジ計測の様子を示す図（その１）である。 インライン計測器におけるウエハのエッジ計測の様子を示す図（その２）である。 インライン計測器におけるウエハのエッジ計測の様子を示す図（その３）である。 サーチマークの位置ずれ量を模式的に示す図である。 サーチマーク計測視野の補正の様子を示す図である。 ウエハ投入再現性計測の条件設定シーケンスを示すフローチャートである。 透過照明方式のセンサの構成の一例を示す図である。 他の再現性計測方法に好適な露光装置の概略構成を示す図である。 ウエハ受け渡し機構の構成の概略を示す斜視図である。 第１プリアライメント装置の概略構成を示す図である。 ウエハ位置調整を説明するための図である。 第２プリアライメント装置が備える画像処理装置の配置を示す図（その１）である。 第２プリアライメント装置が備える画像処理装置の配置を示す図（その２）である。 画像処理装置の概略構成を示す側面図（その１）である。 画像処理装置の概略構成を示す側面図（その２）である。 この露光装置の処理を示すフローチャートである。 ウエハの位置決め再現性計測に関する条件設定の詳細を示すフローチャートである。 調整アームからセンターテーブルにウエハを受け渡す際の調整アームの下降動作の一例を示す図である。 センターテーブルからウエハホルダにウエハを受け渡す際のセンターテーブルの下降動作の一例を示す図である。 第２プリアライメント装置が備える画像処理装置の他の配置を示す図（その１）である。 第２プリアライメント装置が備える画像処理装置の他の配置を示す図（その２）である。 画像処理装置の他の概略構成を示す側面図である。 画像処理装置の他の概略構成を示す側面図である。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１９に基づいて説明する。図１には、本発明に係る位置合わせ方法が実施される一実施形態の処理システム１００の全体構成が概略的に示されている。
この処理システム１００は、物体としての半導体ウエハやガラスプレート等の基板（以下、総称して「ウエハＷ」とする。）を処理して、マイクロデバイス等の装置を製造する「基板処理工場」に設置されている。図１に示されるように、処理システム１００は、レーザ光源等の光源を備えた露光装置２００、該露光装置２００に隣接して配置された塗布現像装置（以下、「トラック」と呼ぶこととする）３００を備えている。トラック３００内には、インライン計測器４００が設けられている。
この露光装置２００及びトラック３００の組合せについては、これを一体として基板処理装置とみなすことができる。基板処理装置では、ウエハ上にフォトレジスト等の感光剤を塗布する塗布工程と、感光剤が塗布されたウエハ上に、マスク又はレチクルのパターンを転写する露光工程と、露光工程が終了したウエハを現像する現像工程等を行う。このうち、塗布工程及び現像工程は、トラック３００により実施され、露光工程は、露光装置２００により実施される。
基板処理装置において、露光装置２００及びトラック３００は、相互にインライン接続されている。ここでのインライン接続とは、装置間及び各装置内の処理ユニット間を、ロボットアームやスライダ等のウエハを自動搬送する搬送装置を介して接続することを意味する。
なお、図１では、紙面の都合上により、基板処理装置を１つだけしか図示していないが、実際には、処理システム１００には、複数台の基板処理装置が設置されている。すなわち、処理システム１００では、露光装置２００とトラック３００とが複数台設けられている。
さらに、処理システム１００は、各露光装置２００により実施される露光工程を集中的に管理する露光工程管理コントローラ５００と、各種演算処理や解析処理を行う解析システム６００と、基板処理工場内の各装置を全体的に管理する工場内生産管理ホストシステム７００と、オフライン計測機８００とを備えている。
この処理システム１００を構成している各装置のうち、少なくとも各基板処理装置（２００、３００）及びオフライン計測機８００は、温度及び湿度が管理されたクリーンルーム内に設置されている。また、各装置は、基板処理工場内に敷設されたＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク又は専用回線（有線又は無線）を介して接続されており、これらの間で適宜にデータ通信を行うことができるようになっている。
インライン計測器４００は、露光装置２００とは独立して動作する装置であり、後に詳述するが、トラック３００内に配置される複数の処理ユニットのうちの１つとして設けられており、露光装置２００にウエハを投入する前に、予めウエハに関する各種の情報を計測する装置である。オフライン計測機８００は、他の装置とは独立して設けられた計測装置であり、この処理システム１００について単一又は複数設けられている。このオフライン計測機８００も、インライン計測器４００での計測結果を受け取れることができるように、上述のネットワーク又は専用回線を介して接続されている。なお、本図１では、ウエハに対してオフラインで所定処理を施す装置としてオフライン計測機８００を挙げている。このオフライン計測機の一例として、露光装置で露光形成された重ね合わせマークを計測して重ね合わせ状態を計測する重ね合わせ計測器や、パターンの線幅を計測する線幅計測器などが挙げられるが、所定処理を施す装置としてはこれら計測装置に限られるものではない。例えば、このオフライン計測機８００の代わりに、或いはこれに加えて、基板上を撮像して得られた画像データに基づいて基板上の欠陥の有無を検査する検査装置や、基板上に露光形成された回路パターンの電気的（動作的）な異常判別のために実際に通電試験をしてみる試験装置や、或いは基板上に露光形成された回路パターンをレーザを用いて修復処理するレーザリペア装置などを本リソグラフィシステムの一部として組み込むようにしてもよい。
［露光装置］
露光装置２００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（走査型露光装置）であるものとする。図２には、露光装置２００の概略構成が模式的に示されている。図２に示されるように、この露光装置２００は、照明系１２、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、投入される略円形のウエハＷが搭載されるステージとしてのウエハステージＷＳＴ及びこれらの制御系等を備えている。
照明系１２は、例えば、特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、図１にも示されるレーザ光源と、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ、あるいは回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）から成る照明光学系とを含んで構成されている。この照明系１２では、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの遠紫外光、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、あるいはＦ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光などが用いられる。照明光ＩＬとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。なお、照明系１２内の各駆動部、すなわち可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等は、主制御装置２０によって制御される。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
前記レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース盤１３上に配置され、その上面にはマスクとしてのレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えば、リニアモータ、ボイスコイルモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系１２の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な平面内（ＸＹ平面内）で２次元的に（Ｘ軸方向、これに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。このレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面が少なくとも照明系１２の光軸を横切ることができるだけのＹ軸方向の移動ストロークを有している。
レチクルステージＲＳＴの側面には鏡面加工が施され、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６からの干渉計ビームを反射する反射面が形成されている。レチクル干渉計１６では、その反射面からの戻り光と不図示のレファレンス部からの戻り光を干渉させてその干渉光の光電変換信号に基づき、レチクルステージＲＳＴのステージ移動面（ＸＹ平面）内の位置（θｚ回転を含む）を、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出している。このレチクル干渉計１６の測長軸は、実際には走査方向に少なくとも２軸、非走査方向に少なくとも１軸設けられている。
レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、ステージ制御装置１９及びこれを介して主制御装置２０に送られ、ステージ制御装置１９では、主制御装置２０からの指示に応じて、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸ（照明光学系の光軸に一致）の方向がＺ軸方向とされている。この投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックで、光軸ＡＸの方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／５（あるいは１／４）などである。
このため、照明系１２からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲのレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方に配置されたウエハベース盤１７上に配置され、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ１８が載置されている。このウエハホルダ１８上にはウエハＷが真空吸着保持されている。ウエハホルダ１８は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの最良結像面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に微動できるように構成されている。また、このウエハホルダ１８はＺ軸回りの回転動作も可能になっている。
ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ軸方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領域（区画領域）をそれぞれ露光領域ＩＡに対して相対移動して走査露光を行うことができるように、走査方向に直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にも移動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次のショットの露光のための加速開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。このステップ・アンド・スキャン動作については後述する。
ウエハステージＷＳＴは、ウエハ駆動装置１５によりＸ軸及びＹ軸の２次元方向に駆動される。ウエハ駆動装置１５は、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動するＸ軸リニアモータと、該Ｘ軸リニアモータの固定子であるＸ軸リニアガイドと一体的にウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動する一対のＹ軸リニアモータとの合計３つのリニアモータを含んで構成されるが、図２においては、図示の便宜上からブロックにて示されている。
ウエハステージＷＳＴの位置は、ウエハレーザ干渉計２４によって計測されている。すなわち、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向一側（−Ｘ側）の側面、及びＹ軸方向一側（＋Ｙ側）の側面には、それぞれ鏡面加工が施されて反射面が形成されている。これらの反射面に、ウエハレーザ干渉計２４から干渉計ビームがそれぞれ照射され、それぞれの反射面からの戻り光と不図示のリファレンス部からの戻り光を干渉させてその干渉光の光電変換信号に基づき、ウエハステージＷＳＴの位置が、ウエハレーザ干渉計２４によって例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。なお、ウエハレーザ干渉計２４は、実際には、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向一側（−Ｘ側）の側面に干渉計ビームを照射するＸ軸干渉計と、Ｙ軸方向一側（＋Ｙ側）の側面に干渉計ビームを照射するＹ軸干渉計とが設けられている。これらのＸ軸干渉計、Ｙ軸干渉計は、それぞれ複数の測長軸を有する多軸干渉計であり、ウエハステージＷＳＴのＸ位置、Ｙ位置の他、回転（θｚ回転（ヨーイング）、Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転（ピッチング）、及びＹ軸回りの回転であるθｙ回転（ローリング）を含む）の計測も可能となっている。また、Ｘ軸方向の複数の測長軸の中には、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通る測長軸と、後述するアライメント系ＡＬＧの検出中心を通る測長軸とが含まれ、Ｙ軸方向の複数の測長軸の内の少なくとも一つは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとアライメント系ＡＬＧの検出中心とを通る。これにより、本実施形態のウエハレーザ干渉計２４では、露光時及びアライメント時のいずれのときにおいてもいわゆるアッベ誤差なく、ウエハステージＷＳＴのＸ，Ｙ位置を計測できるようになっている。
ウエハレーザ干渉計２４の各測長軸における計測値は、図２のステージ制御装置１９及びこれを介して主制御装置２０に送られており、ステージ制御装置１９では、主制御装置２０からの指示に応じてウエハステージＷＳＴの位置を制御する。なお、ウエハステージＷＳＴの位置を計測する干渉計としては、上記の如く、複数の干渉計が設けられているが、図２ではこれらがウエハレーザ干渉計２４として代表的に示されている。
前記ウエハステージＷＳＴ上には、図２に示されるように、基準マーク板ＦＭがその表面がウエハＷの表面とほぼ同一高さとなるように固定されている。この基準マーク板ＦＭの表面には、例えば後述するアライメント系ＡＬＧの検出中心の位置とレチクルパターンの投影像の位置との相対位置関係を計測するためのベースライン計測用基準マークその他の基準マークが形成されている。
さらに、本実施形態の露光装置２００では、図２に示されるように、投影光学系ＰＬの側面、より具体的には、投影光学系ＰＬの−Ｙ側の側面に、ウエハＷ上の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を検出するためのオフアクシス方式のアライメント系ＡＬＧが設けられている。アライメント系ＡＬＧとしては、例えば特開平２−５４１０３号公報及び対応する米国特許第４，９６２，３１８号明細書に開示されているようなＦＩＡ（Field Image Alignment)系のアライメントセンサが用いられている。このアライメント系ＡＬＧは、ウエハＷ上に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域内の光であり、所定の波長幅（例えば５００〜８００ｎｍ程度）を有する照明光（例えば白色光）を、光ファイバを介してウエハに照射し、ウエハＷ上のアライメントマークの像と、ウエハＷと共役な面内に配置された指標板上の指標マークの像とを、対物レンズ等によって、撮像素子（ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結像して検出するものである。すなわち、アライメント系ＡＬＧは、落射照明式の計測装置である。アライメント系ＡＬＧはアライメントマーク（又は基準マーク板ＦＭ上の基準マーク）の撮像結果を、主制御装置２０へ向けて出力する。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、この露光装置２００では、投影光学系ＰＬの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成するための結像光束（検出ビームＦＢ）を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供給する照射光学系ＡＦ1と、その結像光束のウエハＷの表面での各反射光束を、それぞれスリットを介して受光する受光光学系ＡＦ2とから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系ＡＦが、投影光学系ＰＬを支える不図示の保持部材に固定されている。この多点焦点位置検出系ＡＦ（ＡＦ1、ＡＦ2）としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報及び対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書などに開示されるものと同様の構成のものが用いられ、ウエハ表面の複数点の結像面に対するＺ方向の位置偏差を検出し、ウエハＷと投影光学系ＰＬとが所定の間隔を保つようにウエハホルダ１８をＺ軸方向及び傾斜方向に駆動するために用いられる。多点焦点位置検出系ＡＦからのウエハ位置情報は、主制御装置２０を介してステージ制御装置１９に送られる。ステージ制御装置１９はこのウエハ位置情報に基づいてウエハホルダ１８をＺ方向及び傾斜方向に駆動する。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
前記ウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハホルダ１８の中心部近傍には、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を総合すると分かるように、センタテーブル３０が形成されている。センタテーブル３０は、例えば不図示のリンク機構などに接続されており、そのリンク機構が例えば不図示のカムの回転によって駆動されることにより上下に移動し、ウエハホルダ１８の上面に対して出没可能となっている。このカムの回転制御は、ステージ制御装置１９を介して主制御装置２０によって行われる。このようなセンタテーブル３０が設けられているのは、ウエハＷをウエハホルダ１８から浮かせた状態で、ウエハＷの受け渡しを行うためである。ウエハの受け渡しは、センタテーブル３０が、Ｚ軸方向に関して、前述のカム−リンク機構における上死点（アッパーリミット）から僅かに外れた位置であって、センタテーブル３０の姿勢が最も安定した位置にあるときに行われる。この安定した位置（これを「ウエハ受け渡し位置」という）は、所定の計測装置によって調整可能な調整値であり、装置の立ち上げ時やメンテナンス時にその計測装置によって計測され、その位置がセンタテーブル３０のウエハ受け渡し位置として装置に設定される。
センタテーブル３０におけるウエハＷと接触する部分の略中央部には、開口３０ａが設けられており、この開口３０ａは、不図示の給排気機構と連通している。また、図示していないが、センタテーブル３０上部には、その外周に渡って周壁が設けられている。センタテーブル３０上にウエハＷを載置した状態で、給排気機構により排気を行うと、ウエハＷとセンタテーブル３０の上部と、その周壁によって囲まれている領域が減圧され、ウエハＷが大気圧に押されてセンタテーブル３０に真空吸着されるようになる。すなわち、ウエハＷを支持してこの給排気機構により排気を行えば、センタテーブル３０は、ウエハＷを真空吸着保持することができる。
また、図示していないが、センタテーブル３０のウエハＷを支持する支持面には、多数のピンが所定間隔で離間して配置されており、ウエハＷは、その多数のピンの先端部によって支持されることとなる。したがって、前述の給排気機構により排気が行われ、ウエハＷが外部の気圧によってセンタテーブル３０の方向に押し付けられたとしても、ウエハＷは均一な力で支持され変形することはない。なお、このようなピンはウエハホルダ１８上にも多数配置されており、ウエハホルダ１８に載置されたときにウエハＷはこれらのピンによって支持されるようになる。
図２に戻り、露光装置２００は、更に、ウエハロード位置に配置されたウエハプリアライメント装置３２を備えている。このウエハプリアライメント装置３２は、プリアライメント装置本体３４と、このプリアライメント装置本体３４の下方に設けられ、ウエハ投入アーム（以下、「投入アーム」という）３６を吊り下げ支持して上下動及び回転駆動可能な上下動・回転機構３８と、投入アーム３６の上方に配置された３つの計測ユニット４０ａ，４０ｂ，４０ｃとを備えている。このウエハプリアライメント装置３２は、さらに、図４に示されるように、３つの計測ユニット４０ａ，４０ｂ，４０ｃに個別に対応して設けられた３つの反射部材としての背景板４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、これらの背景板４１ａ〜４１ｃを個別に駆動する３つの背景板駆動機構４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備えている。
背景板駆動機構４３ａ〜４３ｃのそれぞれはモータを有し、支持部材４５ａ，４５ｂ，４５ｃをそれぞれ介して、露光装置２００のボディ（図示省略）の一部に吊り下げ支持されている。前記背景板４１ａ〜４１ｃのそれぞれは、Ｌ字状の支持部材４７ａ〜４７ｃをそれぞれ介して、背景板駆動機構４３ａ〜４３ｃの駆動軸（回転軸）に取り付けられている。この場合、背景板駆動機構４３ａ〜４３ｃは、図４において背景板４１ｂについて代表して示されるように、背景板４１ａ〜４１ｃを、計測ユニット４０ａ，４０ｂ，４０ｃから後述するようにして照射される検出用の光が照射される位置（実線で示される位置）と、計測ユニット４０ａ〜４０ｃからの検出用の光が照射されない位置（２点鎖線で示される位置）との間で、往復して回転駆動するようになっている。背景板駆動機構４３ａ〜４３ｃは、主制御装置２０からの指示に基づきステージ制御装置１９によって制御される。
前記計測ユニット４０ａ〜４０ｃは、図５において計測ユニット４０ｂについて代表的に示されるように、光源５１、コリメータレンズ５２、拡散板５３、ハーフミラー５４、ミラー５５、結像光学系５６及び撮像素子５７を含んで構成されている。ここで、計測ユニット４０ｂの構成各部についてその作用とともに説明する。
光源５１から射出された観察用照明光は、コリメータレンズ５２を介することにより平行光化される。平行光は、拡散板５３により、その照度が均一化される。なお、拡散板５３は、光路上に退避／挿入可能となっているので用いないようにすることもできる。この平行光の一部は、ハーフミラー５４によって下方に折り曲げられ、ウエハＷの上面（パターン形成面）及び背景板４１ｂ（黒セラミックなどの低反射率などのものが用いられる）の上面（パターン形成面）に照射される。
かかる観察用照明光はウエハＷの上面及び背景板４１ｂの上面で反射される。その反射光の一部は、ハーフミラー５４を透過し、ミラー５５で反射された後、結像光学系５６を介することにより、撮像素子５７の受光面にウエハＷの上面像及び背景板４１ｂの上面像を形成する。撮像素子５７は、こうしてその受光面に形成された像を撮像し、その撮像結果をプリアライメント装置本体３４へ送る。
なお、結像光学系５６には、物体側にテレセントリックな光学系が用いられている。これは、一般の結像系では物点が光軸方向に移動すると像高（光軸から像点までの距離）が変化するが、物体側にテレセントリックな光学系の場合には、観察面上の像はボケるが像高に変化はないからである。
ところで、主光線が傾くと、「（ウエハＷと背景板４１ｂとの距離）×（主光線の傾き分）」に応じてウエハＷの外縁位置の検出結果がシフトする（例えば、ウエハＷと背景板４１ｂとの距離が２ｍｍであり、主光線の傾きが２．５ｍｒａｄである場合、ウエハＷの外縁位置の検出結果は約５μｍだけシフトする）。このため、ウエハＷの外縁位置検出に要求される検出精度に応じて結像光学系５６のテレセントリック度の調整を行う必要がある。なお、背景板の傾きについても同様の考慮が必要である。なお、各可動子４７ａ〜４７ｃに、背景板４１ａ〜４１ｃを傾斜させるための傾斜駆動部を設けても良い。
また、結像光学系５６の焦点深度は、ウエハＷの表面と背景板４１ｂの表面との間隔を含む程度に深い焦点深度となっている。また、焦点深度と要求される検出精度とに応じて、焦点位置、及びウエハＷの上面と背景板４１ｂとの間隔を任意に設定可能とすることが好ましい。通常、焦点位置はウエハＷの上面に合わせられる。
前記プリアライメント装置本体３４の内部には、計測ユニット４０ａ、４０ｂ、４０ｃから送られる信号を処理する信号処理系や上下動・回転機構３８の制御系などを含む制御装置が内蔵されている。
ウエハプリアライメント装置３２は、図１の主制御装置２０からの指示に基づきステージ制御装置１９によって制御され、３つの計測ユニット４０ａ，４０ｂ，４０ｃによって外縁の少なくとも一部としてのウエハＷの１時半方向、６時方向、１０時半方向の外縁（外形）を検出する（図６（Ａ）の撮像視野ＶＡ、ＶＢ、ＶＣに相当する外縁）。そして、３つの計測ユニット４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの撮像信号がプリアライメント装置本体３４に内蔵された制御装置によって処理され、この制御装置からの信号に基づきステージ制御装置１９によってウエハＷのＸ，Ｙ，θｚ誤差が求められる。そして、ステージ制御装置１９は、この内のθｚ誤差を補正すべく上下動・回転機構３８を制御するようになっている。
また、図６（Ａ）に示されるように、ウエハＷのノッチの位置は計測ユニット４０ｂの位置、従って、その方向はウエハＷの中心からみて−Ｙ方向（６時の方向）であるが、この状態から９０°回転させた状態、すなわちウエハＷの中心からみて＋Ｘ方向（３時の方向）にノッチが来る状態でウエハＷがウエハホルダ１８上に載置される場合もある。かかる場合には、例えば特開平９−３６２０２号公報及び対応する米国特許第６，２２５，０１２号明細書又は米国特許第６，４００，４４５に記載されているように、３時の方向、６時の方向の両方向に対応した位置に計測ユニット（ＣＣＤカメラを内蔵する）を配置しても良く（領域ＶＡ〜ＶＥをそれぞれ撮像する５つの計測ユニット）、あるいは計測ユニット４０ａ，４０ｂ，４０ｃを用いて外形を検出した後にウエハプリアライメント装置３２の上下動・回転機構３８を用いてウエハＷを９０°回転するようにしても良い。なお、３時方向の位置に対応した計測ユニットで計測する場合には、通常、図７に示されるテーブル６１で事前にウエハを９０°回転させておく。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、オリエンテーションフラット（以下、「ＯＦ」と略述する）が設けられているウエハについても、図６（Ｂ）に示されるように、−Ｙ方向（６時の方向）又は＋Ｘ方向（３時の方向）にＯＦが来る状態でウエハＷがウエハホルダ１８上に載置される場合があるため、３時の方向、６時の方向の両方向に対応した位置に計測ユニット（ＣＣＤカメラを内蔵する）を配置しても良い（領域ＶＡ〜ＶＦをそれぞれ撮像する６つの計測ユニット）。なお、この処埋の方法及び光学配置は、例えば特開平９−３６２０２号公報に開示されている方法とほぼ同様であるから、ここでは詳細な説明を省略する。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
なお、ウエハプリアライメント装置３２によるウエハＷの外形計測に基づいて求められたＸ，Ｙ誤差は、ステージ制御装置１９を介して主制御装置２０に送られる。そして、ステージ制御装置１９により、主制御装置２０からの指示に基づき、例えば後述するウエハＷのウエハホルダ１８への投入時（ロード時）にそのＸ，Ｙ誤差分だけウエハステージＷＳＴを微小駆動することにより補正される。あるいは、そのＸ，Ｙ誤差分だけのオフセットを後述のサーチアライメントの際のウエハステージＷＳＴの移動量に加えることで補正することも可能である。なお、ウエハプリアライメント装置３２によるウエハＷの外形計測に基づいて求められた回転誤差については、投入アーム３６の回転機構３８によりウエハを回転駆動させることにより補正される。
投入アーム３６は、上下動・回転機構３８によって駆動される駆動軸の下端に水平に取り付けられた水平部材と、この水平部材の長手方向（Ｘ軸方向）の一側（＋Ｘ側）に固定され長手方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に所定長さで延びる延設部と、この延設部の両端から下方に突設された一対のＬ字状のフック部と、水平部材の長手方向の他端部から下方に突設されたフック部とを有している。図４に示されるように、この投入アーム３６には、ウエハ搬送アーム６４によって−Ｙ方向からウエハをこの空間部内に投入できるように構成されている。また、この投入アーム３６は、上下動・回転機構３８の駆動により、フック部の吸気孔を介してウエハＷの裏面を吸着保持した状態で、ウエハＷを上下に搬送できるようになっている。
図４に示されるように、ウエハ搬送アーム６４には、ロードアーム６４ａとアンロードアーム６４ｂとが個別に設けられており、それぞれアーム駆動機構６０によってＹ軸方向に沿って所定ストロークで駆動されるようになっている。アーム駆動機構６０は、Ｙ軸方向に延びるリニアガイドと、このリニアガイドに沿ってＹ軸方向に往復移動するスライド機構とを備えている。ウエハ搬送アーム６４のロードアーム６４ａからウエハＷを投入アーム３６に受け渡すときには、投入アーム３６が上下動することによりウエハＷの受け渡しが行われる。また、ウエハステージＷＳＴ上の露光済みのウエハＷを搬出する際には、ウエハステージＷＳＴ上のセンタテーブル３０の上下動により、センタテーブルから搬送アーム６４のアンロードアーム６４ｂへウエハＷが受け渡されるようになっている。これらの駆動機構は、図２のステージ制御装置１９によって制御される。
制御系は、図２中、主制御装置２０及びこの配下にあるステージ制御装置１９などによって主に構成される。主制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、露光装置２００全体を統括して制御する。
主制御装置２０には、例えば不図示のキーボード等の入力装置、及びＣＲＴディスプレイ（又は液晶ディスプレイ）等の表示装置（いずれも図示省略が接続されている。また、主制御装置２０には、後述するように装置パラメータ等を格納するための記憶装置２１が接続されている。主制御装置２０のＣＰＵが実行するプログラム等は、記憶装置２１にインストールされているものとする。
［塗布現像装置］
次に、各基板処理装置が備えるトラック３００について、図７を参照して説明する。トラック３００は、露光装置２００を囲むチャンバ内に、露光装置２００にインライン方式で接続可能となるように設置されている。トラック３００には、その中央部を横切るようにウエハＷを搬送する搬送ライン３０１が配置されている。この搬送ライン３０１の一端に未露光若しくは前工程の基板処理装置で処理がなされた多数のウエハＷを収納するウエハキャリア３０２と、本基板処理装置で露光工程及び現像工程を終えた多数のウエハＷを収納するウエハキャリア３０３とが配置されており、搬送ライン３０１の他端に露光装置２００のチャンバ側面のシャッタ付きの搬送口（不図示）が設置されている。
また、トラック３００に設けられた搬送ライン３０１の一側に沿ってコータ部（塗布部）３１０が設けられており、他側に沿ってデベロッパ部（現像部）３２０が設けられている。コータ部３１０は、ウエハＷにフォトレジストを塗布するレジストコータ３１１と、そのウエハＷ上のフォトレジストをプリベークするためのホットプレートからなるプリベーク装置３１２と、プリベークされたウエハＷを冷却するためのクーリング装置３１３を含んで構成されている。
デベロッパ部３２０は、露光処理後のウエハＷ上のフォトレジストをベーキングする、いわゆるＰＥＢ（Post-Exeposure Bake）を行うためのポストベーク装置３２１、ＰＥＢが行われたウエハＷを冷却するためのクーリング装置３２２及びウエハＷのフォトレジストの現像を行うための現像装置３２３を備えて構成されている。
さらに、本実施形態では、ウエハＷを露光装置２００に搬送する前に、当該ウエハＷに関する情報を事前計測するインライン計測器４００がインライン設置されている。
また、トラック３００においては、現像装置３２３で現像されたウエハＷに形成されたフォトレジストのパターン（レジストパターン）の形状を測定する測定装置がインライン設置されていてもよい。この測定装置は、ウエハＷ上に形成されているレジストパターンの形状（例えばパターンの線幅、パターンの重ね合わせ誤差等）を測定するためのものである。ただし、本実施形態では、装置コスト低減の観点から、このようなパターン形状の誤差もインライン計測器４００で計測するものとする。
なお、図７に示される、コータ部３１０を構成する各ユニット（レジストコータ３１１、プリベーク装置３１２、クーリング装置３１３）、デベロッパ部３２０を構成する各ユニット（ポストベーク装置３２１、クーリング装置３２２、現像装置３２３）、及びインライン計測器４００の構成及び配置は、あくまで一例であって、実際にはさらに複数の他の処理ユニットやバッファユニット等が設けられるとともに、各ユニットは空間的に配置され、各ユニット間でウエハＷを搬送するロボットアームや昇降機等も設けられている。また、処理の順番も常に同一というわけではなく、ウエハＷが各ユニット間をどのような経路で通過して処理されるかは、処理ユニットの処理内容や全体としての処理時間の高速化等の観点から最適化され、変更される場合がある。
露光装置２００が備える主制御装置２０、コータ部３１０及びデベロッパ部３２０、インライン計測器４００並びに解析システム６００は、前述のように、有線又は無線で接続されており、各々の処理開始又は処理終了を示す信号が送受信される。また、インライン計測器４００で検出された検出結果（生信号波形データ、後述する事前計測センサ４１０からの１次出力又はこれを信号処理したデータであって元の撮像データと同等の内容を有し若しくは元の画像を復元可能な情報を元々含むデータ）、これを所定のアルゴリズムにより処理した計測結果、あるいは、該計測結果に基づいて評価した評価結果が露光装置２００の主制御装置２０に直接的に、あるいは解析システム６００を介して露光装置２００の主制御装置２０に送られる（通知される）。主制御装置２０は、記憶装置２１に、送られた情報を記憶する。
ここで、「生信号波形データ」とは、計測対象を計測する計測装置が備える例えばＣＣＤ等の検出センサから出力される計測信号、又は該計測信号に何らかの処理（例えば電気的なフィルタリング処理など）を施した信号であって該信号と実質的に同一な内容を有する信号をいう。
露光装置２００内には、トラック３００に設けられた搬送ライン３０１の中心軸の延長線にほぼ沿うようにテーブル６１が配置され、さらにその＋Ｙ側に投入アーム３６にウエハＷを搬送するウエハ搬送アーム６４等が配置されている。また、テーブル６１の−Ｘ側には、その先端部にウエハＷを保持して搬送可能な搬送ロボット７０が設置されている。
また、露光装置２００のチャンバ内部の温度、湿度、気圧、基板処理装置外部の温度、湿度、気圧を計測するためのセンサが設置されており、これらのセンサの検出信号は、主制御装置２０に供給され、記憶装置２１に一定期間記録される。
［インライン計測器］
次にインライン計測器４００の構成について説明する。事前計測センサ４１０は、ウエハに関する情報の種類、即ち計測項目に対応して少なくとも１つが設けられる。例えばウエハ上に形成されたアライメントマークやその他のマーク、パターンの線幅・形状・欠陥を計測するセンサ、ウエハの表面形状（フラットネス）を計測するセンサ、フォーカスセンサ等が例示される。センサは計測項目、ウエハの状態、解像度、その他に応じて柔軟に対応するため、複数種類設けて、状況に応じて選択して使用できるようにすることが望ましい。なお、オフライン計測機８００の計測センサについても、これと同様のものを用いることができるので、その説明については省略する。ただし、インライン計測器４００とオフライン計測機８００とは、その計測方式（計測原理も含めて）や計測項目が異なるものを採用しても勿論良い。
以下、一例として、ウエハＷのエッジ及びウエハＷ上に形成されたサーチアライメントマークの位置の計測を行う事前計測センサを用いたインライン計測器４００について、説明する。
図８（Ａ）、図８（Ｂ）には、インライン計測器４００の概略的な構成の一例が示されている。図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示されるように、インライン計測器４００は、ＸＹ平面内を移動可能なステージ装置ＩＳＴと、事前計測センサ４１０と、ステージ駆動装置４１５と、背景板４２０と、レーザ干渉計システム４２４と、事前計測制御装置４５０とを含んで構成されている。
ステージ装置ＩＳＴは、ＸＹステージ、Ｚステージを含んで構成されており、図８（Ｂ）に示されるように、ステージ駆動装置４１５により、ＸＹ面内方向、Ｚ軸方向、ＸＹ面に対する傾斜方向にその位置及び姿勢を調整可能である。さらに、図８（Ｂ）に示されるように、ステージ装置ＩＳＴの各方向に関する位置を計測するためのレーザ干渉計システム４２４が備えられている。このレーザ干渉計システム４２４は、露光装置２００のウエハレーザ干渉計２４と同様の構成を有しており、少なくともステージ装置ＩＳＴのＸＹ面位置を計測可能となっている。ステージ装置ＩＳＴの中央部には、その回転軸を中心に回転可能なターンテーブルＴＴが設けられており、このターンテーブルＴＴ上にウエハＷを吸着保持することが可能となっている。すなわち、このターンテーブルＴＴ上にウエハＷを保持すると、ターンテーブルＴＴの軸回転により、ウエハＷを回転させることができる。また、ステージ装置ＩＳＴの上面には、直径がウエハＷよりも大きい円板状の背景板４２０が設置されている。ターンテーブルＴＴに載置されたウエハＷを上方から見ると、そのウエハＷのエッジ全体を背景板４２０がカバーするようになっている。なお、ステージ装置ＩＳＴの位置計測システムとしては、レーザ干渉計システム４２４の代わりに、リニアエンコーダシステムを用いても良い。
事前計測センサ４１０は、ウエハＷのエッジの少なくとも一部及びウエハＷ上に形成されたアライメントマークの位置を両方検出可能なセンサであり、露光装置２００が備えるアライメント系ＡＬＧなどと基本的に同じ構成のセンサを用いることができる。すなわち、事前計測センサ４１０は、落斜照明方式により、検出対象を照明し、その照明の反射光により検出対象を撮像する撮像式のセンサである。
なお、この事前計測センサ４１０は、光学変倍系を採用しており、ウエハＷのエッジを検出する場合と、ウエハＷ上のマークを検出する場合とで、その検出対象に合わせて撮像倍率を変更することができるようになっている。
事前計測制御装置４５０は、事前計測におけるステージ装置ＩＳＴ及び事前計測センサ４１０の制御を統括的に行っている。また、事前計測制御装置４５０は、事前計測センサ４１０の検出結果と、その検出時のレーザ干渉計システム４２４によって検出されるステージ装置ＩＳＴの位置情報とを受信して、それらの検出結果に基づいて、ウエハの外形基準座標系でのウエハＷ上のマークの位置座標の計測を行う。なお、このようなステージ装置ＩＳＴの位置制御精度は、ウエハＷの外形基準座標系を決定するための情報であるウエハＷのエッジやマークの検出結果等の要求精度に対して十分に高いことが要求されることはいうまでもない。
インライン計測器４００は、上述のような構成により、露光装置２００に投入される前のウエハＷに対する事前計測（露光装置２００における計測条件の最適化に必要な計測を含む）を行う。インライン計測器４００における事前計測結果は、露光装置２００の主制御装置２０へ直接送信されるか、または、解析システム６００、又は工場内生産管理システム７００、露光工程管理コントローラ５００などを経由して露光装置２００の主制御装置２０に送信される。
なお、インライン計測器４００による事前計測工程は、ウエハＷの前層のマーク形成が完了した後であれば行うことができるが、ウエハＷがトラック３００に投入された後、望ましくはレジスト塗布後であって、かつ、露光装置２００への投入前、すなわち露光装置２００内でのプリアライメント処理前までに行われる。なお、インライン計測器４００の設置場所としては、本実施形態のものに限られず、例えばトラック３００内の他、露光装置２００のチャンバ内でもよく、あるいはこれらの装置とは独立した計測専用の装置を設けて搬送装置で接続するようにしても良い。しかし、インライン計測器４００をトラック３００内に設置した場合には、露光レジストパターンの寸法形状をすぐに測定できるという利点がある。
［ウエハプロセス］
次に、図１に示される処理システム１００において、１ロット（所定枚数のウエハのグループ（物体群））に含まれる１枚のウエハＷに対する処理を行う場合の動作について図９のフローチャートを参照して説明する。まず、工場内生産管理ホストシステム７００からＬＡＮ及び露光工程管理コントローラ５００を介して露光装置２００の主制御装置２０に対しウエハＷに対する処理開始命令が送られると、主制御装置２０は、この処理開始命令に基づいて、露光装置２００、コータ部３１０、デベロッパ部３２０及びインライン計測器４００に対し、所定の手順でウエハＷに対する処理を行わせるための各種の制御信号を出力する。この制御信号が出力されると、ウエハキャリア３０２から取り出された１枚のウエハＷは、搬送ライン３０１を経て、レジストコータ３１１に搬送されたフォトレジストが塗布され、搬送ライン３０１に沿ってプリベーク装置３１２及びクーリング装置３１３を経て、レジスト処理が行われた後（Ｓ１０）、インライン計測器４００のステージ装置に投入されて、ウエハＷに対するインライン事前計測処理が行われる（Ｓ１１）。ただし、ここでは、レジスト処理（Ｓ１０）を行った後に、事前計測処理（Ｓ１１）を行うものとしたが、この順番が逆であってもよい。しかしながら、レジスト塗布後に事前計測処理を行った方が、実際に露光装置に投入されるときの状態（すなわちレジストが塗布された状態）のウエハＷに対する計測（レジストの影響を受けた計測）を行うことができるので、計測精度の点からは有利である。
インライン計測器４００における事前計測処理（Ｓ１１）では、ウエハＷのエッジの検出及びウエハＷ上に形成されたサーチアライメントマークの位置の計測が実施される。この計測について後述する。この事前計測処理における計測結果（例えば、ウエハＷの中心位置及び回転量やマークの座標位置情報など）は、例えば、事前計測センサ４１０の撮像素子の出力である生波形信号データ（撮像データ）とともに、露光装置２００の主制御装置２０に、通信回線を介して、直接的あるいは解析システム６００を介して通知される。主制御装置２０は、これら通知されたデータに基づいて、露光装置２００でアライメントを行う際のウエハＷのエッジ又はマークを計測する際の計測条件を最適化する処理を行う（Ｓ１２）。なお、主制御装置２０の処理負担を軽減させるため、このような最適化処理の一部又は全部を解析システム６００に実施させ、その解析結果を主制御装置２０に送るようにしてもよい。
この処理（Ｓ１２）の後あるいはこの処理と並行して、事前計測処理が終了したウエハＷは、搬送ライン３０１上を、露光装置２００近傍まで搬送されて、搬送ロボット７０に受け渡される。搬送ロボット７０は、受け取ったウエハＷを、テーブル６１上に受け渡し、テーブル６１はウエハＷを吸着保持する。この時点で、ウエハＷは、不図示の位置合わせ装置により、そのＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置やノッチ（又はＯＦ）の方向がラフに調整されているものとする。ウエハ搬送アーム６４は、アーム駆動機構６０の駆動により、ターンテーブル６１の−Ｙ側に回り込み、テーブル６１上に保持されたウエハＷを受け取る。そして、ウエハＷを保持したウエハ搬送アーム６４が、ウエハロード位置の上方に待機している投入アーム３６の空間部内の所定位置（ウエハＷを受け渡すことが可能な位置）まで駆動され、ウエハ搬送アーム６４に保持されたウエハＷは、前述の投入アーム３６の空間部に投入される。
この状態で、ステージ制御装置１９は、上下動・回転機構３８を駆動することにより、投入アーム３６を所定量上昇させ、投入アーム３６が所定の位置に到達した時点で、ウエハ搬送アーム６４によるウエハＷの吸着を適切なタイミングで解除し、投入アーム３６によるウエハＷの真空吸引を適切なタイミングで開始させる（バキュームをオンにする）。ウエハＷが投入アーム３６によって完全に支持された状態となるまで投入アーム３６が上昇すると、ステージ制御装置１９は、ウエハ搬送アーム６４を−Ｙ側に退避させる。これにより、ウエハＷのウエハ搬送アーム６４から投入アーム３６への受け渡しが完了する。
主制御装置２０は、このウエハＷの受け渡しの完了を、例えば投入アーム３６に接続された真空吸引路内の圧力の変化を検知する不図示のセンサの出力に基づいて確認すると、ステージ制御装置１９に対し、背景板４１ａ〜４１ｃをウエハＷの下方に移動（挿入）させるよう指示する。
主制御装置２０は、不図示のセンサの出力に基づいて、背景板４１ａ〜４１ｃのウエハ下方への挿入が完了したことを確認し、ステージ制御装置１９に対してウエハＷのプリアライメント計測を指示する。この指示に基づき、ステージ制御装置１９は、プリアライメント装置３２を構成する計測ユニット４０ａ〜４０ｃを用いた前述のウエハＷの外形エッジ計測を開始する。すなわち、このようしてウエハプリアライメント装置３２を用いたウエハＷのプリアライメントが開始される（Ｓ１３）。
このプリアライメントでは、計測ユニット４０ａ〜４０ｃによって、図６（Ａ）に示されるウエハＷの外縁近傍の３つの領域（ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ）がそれぞれ撮像される。その撮像結果は、プリアライメント装置本体３４に送られ、プリアライメント装置本体３４は、その撮像データに基づいて、投入アーム３６に保持されたウエハＷの中心位置及び回転量を算出してステージ制御装置１９を介して主制御装置２０に送る。
ここで、プリアライメント装置本体３４において行われるウエハＷの中心位置及び回転量の算出方法について説明する。
図１０には、この撮像の様子が模式的に示されている。図１０では、投入アーム３６に設計値どおりに保持されたウエハＷが点線で示されており、投入アーム３６に保持された実際のウエハＷの位置が実線で示されている。計測ユニット４０ａ，４０ｂ，４０ｃでは、ウエハＷが設計上の位置（点線の位置）にあるときの、１時半、６時、１０時半のエッジを撮像するように設定されており、それぞれの撮像視野をＶＡ、ＶＢ、ＶＣとする。本実施形態では、撮像視野ＶＡ〜ＶＣの撮像結果に基づいて、ウエハＷのノッチの位置ＰNを求め、ノッチ基準で、他のウエハＷのエッジの２点（エッジ点）Ｐ1（Ｘ1，Ｙ1）、Ｐ2（Ｘ2，Ｙ2）を決定し、それら３点からウエハＷの中心位置ＰC及び回転量θを算出する。なお、前提として、点Ｐ1と点Ｐ2は、それらの距離（２ｄ0とする）が、ウエハＷの半径の設計値をＲ0（８インチウエハでは１００ｍｍ）とすると、２ｄ0＝（√２）・Ｒ0となる点であるものとする。また、中心位置ＰCは、エッジＰ1とＰ2とから共に距離Ｒ0＝（√２）・ｄ0の点であるものとする。
図１１には、ウエハＷの中心位置オフセットＰC及び回転量θの算出処理のフローチャートが示されている。図１１に示されるように、まず、ステップ５２０において、ウエハＷの回転量θを０に初期化し、後述するノッチ中心位置ＰNとＰCとの距離の推定値Ｒをその設計値Ｒ0（＝１００ｍｍ）に初期化する。次のステップ５２２では、撮像結果ＶＢに所定の画像処理を施して、ノッチ中心位置ＰN（ＸN，ＹN）を検出する。次のステップ５２４では、次式を用いて、エッジ点Ｐ1、Ｐ2の中点ＰM（ＸM，ＹM）の推定値Ｐ M （Ｘ M ，Ｙ M ）を求める。
Figure 2006025386
 次のステップ５２６では、中点Ｐ M を通り、線分Ｐ M ＰNに垂直な次式で示される直線Ｌを求める。
Figure 2006025386
 次のステップ５２８では、撮像結果ＶＡ、ＶＣに基づいて、直線ＬとウエハＷのエッジとの交点の位置を所定の画像処理を用いて求め、各交点をエッジ点Ｐ1、Ｐ2として仮決定する。次のステップ５３０では、次式を用いて、エッジ点Ｐ1、Ｐ2の中点ＰM’（ＸM’，ＹM’）を算出する。
Figure 2006025386
 次のステップ５３２では、推定中点Ｐ M と中点ＰM’との差から、次式を用いて、ウエハＷの回転量θを修正する。
Figure 2006025386
 次のステップ５３４では、エッジ点Ｐ1とＰ2との距離Ｄを算出する。次のステップ５３６では、距離Ｄと、距離Ｄの設計値Ｄ0＝２ｄ0との差に基づいて、次式を用いてＲを修正する。
Figure 2006025386
 次のステップ５３８では、次式を用いて仮想中心ＰC（ＸC，ＹC）を求める。
Figure 2006025386
 次のステップ５４０では、仮想中心ＰCの算出回数が１回目であるか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ５２４に戻り、否定されればステップ５４２に進む。ここでは、まだ１回目なので判断は肯定され、ステップ５２４に戻る。そして、再びステップ５２４〜ステップ５３８の処理が行われた後、ステップ５４０では判断が否定され、ステップ５４２に進む。
ステップ５４２では、求められたウエハＷの回転量θが０となるように、投入アーム３６を−θだけ回転させる。次のステップ５４４では、ウエハＷの仮想中心の最終的な位置（ＸC’，ＹC’）を、次式を用いて算出する。
Figure 2006025386
 ここで、（Ｘ0，Ｙ0）は投入アーム３６の回転中心位置である。
以上述べたように、プリアライメント装置３２によって行われるプリアライメントでは、計測ユニット４０ｂによるウエハＷの外縁の撮像結果に基づいて、ウエハＷのノッチ位置ＰNをまず検出する。このノッチの位置ＰNが、物体の被計測面の外縁上の基準点となる。そして、このノッチ位置ＰNを基準として、上述した計算方法を用いて、他の計測ユニット４０ａ，４０ｃの計測結果に基づいて、ウエハＷの他の外縁上の２つのエッジ点Ｐ1，Ｐ2を検出する。そして、ノッチ位置ＰNと、エッジ点Ｐ1，Ｐ2とに基づいて、ウエハＷの中心位置及び回転量を算出している。このように、プリアライメントでは、ウエハの外形をまず検出し、外形を基準とする座標系（外形基準座標系）でのウエハＷの中心位置及び回転量を算出する。図１０では、Ｘ’軸及びＹ’軸で規定される座標系が、外形基準座標系となる。なお、ステップ５２４〜ステップ５４０のループは何回か繰り返してもよい。
このプリアライメント処理終了後、ステージ制御装置１９は、上記プリアライメント装置本体３４によって算出されたウエハＷの中心位置、ノッチの位置、及び半径に関する情報を、主制御装置２０に通知するとともに、主制御装置２０からの指示に基づいて背景板４１ａ〜４１ｃを退避させる。
一方、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９に対し、ウエハステージＷＳＴのウエハロード位置への移動を指示する。これにより、ステージ制御装置１９は、ウエハレーザ干渉計２４の計測値をモニタしつつ、ウエハ駆動装置１５を介してウエハステージＷＳＴをウエハロード位置へ移動させる。以上の動作により、投入アーム３６及びウエハステージＷＳＴは、ウエハロード位置及びその上方で、上下方向に重なった状態となる。なお、このとき、ステージ制御装置１９は、前述したウエハＷのＸ、Ｙ、θｚ誤差の情報のうち、Ｘ、Ｙの誤差の情報に基づいて、それらの誤差がキャンセルされるような位置にウエハステージＷＳＴを位置決めしているものとしてもよい。なお、この時点でプリアライメントの結果（オフセット）を考慮せず、ウエハステージＷＳＴの位置を設計値どおりとする場合には、後述するサーチアライメントマークの計測時のウエハステージＷＳＴの位置を、上記Ｘ，Ｙの誤差の情報に基づいて調整するようにしてもよい。また、このとき、ここで、後述するように、インライン計測器４００（又はオフライン計測機８００）で計測された、ウエハＷの外形基準座標系におけるサーチアライメントマークの位置ずれ量がキャンセルされるように、ウエハステージＷＳＴの位置をさらに補正するようにしても良い。
ウエハステージＷＳＴがウエハロード位置に到達すると、主制御装置２０は、センタテーブル３０を上昇させるとともに、センタテーブル３０にウエハＷが載置される位置まで、投入アーム３６を下降させる。このとき、ステージ制御装置１９は、投入アーム３６が所定位置まで到達したときに、投入アーム３６に対するウエハＷに対する真空吸着を解除させ、その直後に適切なタイミングでセンタテーブル３０によるウエハＷに対する真空吸着を開始させる。
投入アーム３６は、ウエハＷがセンタテーブル３０のみに支持されるようになるまで、すなわち、投入アーム３６のフック部がウエハＷから完全に離れるまで引き続き下降する。その後、ステージ制御装置１９は、センタテーブル３０の真空吸着力によりウエハＷが完全に保持された状態となったときに、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動させる。
さらに、ステージ制御装置１９は、センタテーブル３０をウエハホルダ１８内に没するようになるまで下降させ、ウエハホルダ１８にウエハＷを載置させる。このとき、ステージ制御装置１９は、センタテーブル３０が所定の位置に到達したときに、センタテーブル３０の真空吸着を解除させ、適当なタイミングでウエハホルダ１８による真空吸着を開始させることによって、ウエハホルダ１８によりウエハＷを吸着保持するようにする。なお、前述のように、プリアライメント装置３２によって計測されたウエハＷのＸ、Ｙ、θｚの誤差は、前述した投入アーム３６の回転やウエハステージＷＳＴの位置の補正によってキャンセルされるため、ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ上の所望の位置に保持されるようになる。一方、投入アーム３６については、元の位置まで上昇させておく。
図１２（Ａ）には、投入アーム３６の下降動作における速度分布が示されている。図１２（Ａ）では、横軸は、下降時の投入アーム３６のＺ軸方向に関する位置（これを「投入アーム下降Ｚ位置」という）を示している。なお、横軸の右方向が−Ｚ方向となっている。図１２（Ａ）に示されるように、投入アーム３６の下降動作において、その下降動作の開始位置からのある区間、すなわち区間Ｌ１については、投入アーム３６の下降速度を大きくするために投入アーム３６を加減速させる。また、ウエハＷをセンタテーブル３０に受け渡す位置を含む区間、すなわち区間Ｌ２については、ウエハＷを位置ずれさせることなく受け渡すために、投入アーム３６を一定の低速度で下降させる。さらに、ウエハＷが投入アーム３６のフック部から十分に離れ、ウエハＷをセンタテーブル３０に完全に受け渡した後、ウエハＷとの間に所定の間隙ができるまでの区間、すなわち区間Ｌ３については、再び投入アーム３６を加減速させつつ下降させている。投入アーム３６の下降動作をこのように細かく規定することによって、投入アーム３６からセンタテーブル３０へのウエハＷの受け渡しを精度良く実行することができるとともに、その受け渡し時間を短くすることができる。
なお、上述した加減速を規定する加速度、速度等は、ウエハ投入パラメータとして調整可能となっている。図１２（Ａ）に示されるように、投入アーム３６の下降動作を規定するウエハ投入パラメータとしては、区間Ｌ１における投入アーム３６の加速度Ｐ1、最高速度Ｐ2、減速度Ｐ3と、区間Ｌ２における投入アーム３６の下降速度Ｐ4と、区間Ｌ３における投入アーム３６の加速度Ｐ5、最高速度Ｐ6、減速度Ｐ7と、投入アーム３６の真空吸着を解除（ＶａｃをＯＦＦ）する投入アームの位置にその投入アーム下降Ｚ位置のオフセットを足したもの（以下、「投入アームバキュームオフ位置＋投入アームバキュームオフ位置オフセット」という）Ｐ8と、区間Ｌ１における減速が終了した位置から投入アームバキュームオフ位置までの距離Ｐ9と、投入アームバキュームオフ位置から区間Ｌ３において再び加速を開始する位置までの距離Ｐ10などがある。区間Ｌ１〜Ｌ３の長さは、パラメータＰ1〜Ｐ10の設定値によって決定されるようになる。以下の表１に、投入アーム３６の下降動作についての装置パラメータを示す。なお、投入アーム３６を下降させる上下動・回転機構３８の実体はモータの回転により駆動する機構であるため、表１に示されるように、投入アーム３６の下降動作における加速度、速度、減速度についてのパラメータの名称が、「〜モータ回転加速度」、「〜モータ回転速度」、「〜モータ回転減速度」となっている。また、投入アームバキュームオフ位置については、従来からその位置を計測するための計測ツールが提供されており、その計測ツールを使用することによって、最適な投入アームバキュームオフ位置を計測可能となっている。以下の表１において、パラメータＰ8のパラメータ名称を「投入アームバキュームオフ位置＋投入アームバキュームオフ位置オフセット」としているのは、投入アーム３６のバキュームオフ位置を、センタテーブル３０のバキュームがオンとなった時（ウエハＷがセンタテーブル３０に吸着され、センタテーブル３０のバキューム圧が所定の値以上になった時）の投入アーム３６のＺ位置に所定のオフセット値をのせた位置として管理しており、このオフセット値をパラメータとしているためである。
Figure 2006025386
 なお、上述の表１では、「〜回転速度」の単位を「ｒｐｓ」とし、「〜回転加速度」又は「〜回転減速度」の単位を「ｒｐｓｓ」としているが、「ｒｐｓ」は、１秒当たりのモータの回転数を意味し、「ｒｐｓｓ」は、「１秒当たりのモータの回転数の変化量」を意味する。
また、図１２（Ｂ）には、ウエハＷを受け取ってからウエハホルダ１８にウエハＷを受け渡すまでのセンタテーブル３０の下降動作の速度分布が示されている。図１２（Ｂ）では、横軸は下降時のセンタテーブル３０のＺ軸方向に関する位置（これを、「センタテーブル下降Ｚ位置」という）を示しており、横軸の右方向が−Ｚ方向となっている。図１２（Ｂ）に示されるように、センタテーブル３０の下降動作において、その動作の開始位置からある程度の区間、すなわち、区間Ｌ４については、センタテーブル３０の下降速度を大きくするためセンタテーブル３０を加減速させている。また、センタテーブル３０からウエハホルダ１８にウエハを受け渡す位置を含む区間、すなわち区間Ｌ５については、ウエハＷの位置ずれを発生させることなく受け渡すため、一定の低速度でセンタテーブル３０を下降させている。センタテーブル３０の下降動作をこのように規定すれば、センタテーブル３０からウエハホルダ１８へのウエハＷの受け渡しを精度良く実行することができるとともに、その受け渡し時間を短くすることができる。
また、センタテーブル３０の下降動作を規定するパラメータとしては、図１２（Ｂ）に示されるように、区間Ｌ４におけるセンタテーブル３０の加速度Ｐ1、最高速度Ｐ2、減速度Ｐ3と、区間Ｌ５におけるセンタテーブル３０の下降速度Ｐ4、減速度Ｐ5と、区間Ｌ４における減速が終了した位置からセンタテーブル３０の真空保持を解除するセンタテーブル下降Ｚ位置（以下、「センタテーブルバキュームオフ位置」とする）までの距離Ｐ6と、「センタテーブルバキュームオフ位置＋センタテーブルバキュームオフ位置オフセット」Ｐ7とがある。区間Ｌ４，Ｌ５の長さは、パラメータＰ1〜Ｐ7の設定値によって決定されるものである。以下の表２に、センタテーブル３０の下降動作についての装置パラメータを示す。なお、センタテーブル３０を下降させる駆動機構の実体はモータの回転により駆動するカム機構及びリンク機構であるため、表２においては、センタテーブル３０の加速度、速度、減速度についてのパラメータ名称は「〜モータ回転加速度」、「〜モータ回転速度」、「〜モータ回転減速度」というように表現されている。
なお、パラメータＰ7のパラメータ名称が「ＣＴバキュームオフ位置＋ＣＴバキュームオフ位置オフセット」となっている理由は、投入アーム３６のパラメータＰ8が「投入アームバキュームオフ位置＋投入アームバキュームオフ位置オフセット」となっている上述した理由と同様であり、単に「投入アーム３６」と「センタテーブル３０」との関係が、「センタテーブル３０」と「ウエハホルダ１８」との関係に変わっただけである。
Figure 2006025386
 これらウエハのロード動作を規定する各パラメータＰ1〜Ｐ10は、露光装置１００を実際に運用する前、すなわちウエハの搬送動作及び露光動作により露光工程を実行する前に、適当な値に調整されている。もし、これらのパラメータが適切に調整されていなければ、例えば、投入アーム３６とセンタテーブル３０との間のバキューム解除等のタイミングが合わず、ウエハＷに振動が発生してウエハＷの投入再現性が悪化する可能性がある。このように、上記ウエハ投入パラメータは、ウエハＷの投入再現性に影響を及ぼす。もし、後述する本実施形態のウエハの投入再現性計測処理においてウエハの投入再現性が悪化したと判断された場合には、その後のメンテナンスにおいて、上記ウエハ投入パラメータを調整するようにしてもよい。
なお、上記ウエハ投入パラメータのうち、投入アーム３６のパラメータＰ8「投入アームバキュームオフ位置＋投入アームバキュームオフ位置オフセット」と、センタテーブル３０のパラメータＰ7「ＣＴバキュームオフ位置＋ＣＴバキュームオフ位置オフセット」とが、最も重要なパラメータである。したがって、この２つのパラメータだけを、装置毎に別々の値に設定するようにし、他のパラメータは、装置間共通の値を設定するようにしても良い。
以上により、ウエハロード（Ｓ１４）が終了し、ステージ制御装置１９から「露光準備終了コマンド」が主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、この「露光準備終了コマンド」を受け、上記のウエハ交換の終了を確認した時点で、ステージ制御装置１９に対してウエハアライメント開始位置へのウエハステージＷＳＴの移動を指示する。その後、処理はウエハＷのアライメントシーケンスに移行する。
ステージ制御装置１９は、上記の指示に基づき、ウエハレーザ干渉計２４の計測値をモニタしつつ、ウエハ駆動装置１５を介して、ウエハステージＷＳＴを所定の経路に沿ってウエハアライメント開始位置へ移動させる。このとき、ウエハステージＷＳＴは待機位置から所定距離だけ−Ｘ方向に、すなわちウエハロード位置への移動の際と同じ経路を逆向きに移動する。
上記のウエハアライメント開始位置へのウエハステージＷＳＴの移動終了後、サーチアライメントが実施される（Ｓ１５）。なお、ここで、ウエハＷは、既に１層目の露光が終了しており、２層目以降の露光を行うものとして説明する。ウエハＷ上には、図１３に示されるように、各ショット領域の回路パターンや、各ショット領域ＳＡ間のストリートライン上にショット領域ＳＡ毎に形成されたそのショット領域ＳＡのＸＹ位置情報を検出するための不図示のファインアライメントマークとしてのＸマーク及びＹマークの他に、ショット領域でない部分の所定位置に少なくとも２つのサーチアライメントマークＳＹＭ、ＳθＭが形成されているものとする。サーチアライメントマークＳＹＭ、ＳθＭは、Ｘ軸方向の間隔が長く、かつ、ウエハＷの中心位置からのＹ軸方向の距離が長くなるような位置にそれぞれ形成されており、サーチアライメントマークＳＹＭ、ＳθＭは、仮にその形成位置を求めることができれば、複数のショット領域ＳＡの配列座標系をラフに把握できるようにウエハＷ上に形成されている。
主制御装置２０は、まず、サーチアライメントマークＳＹＭがアライメント系ＡＬＧの撮像視野内に収まるようにステージ制御装置１９にウエハステージＷＳＴの移動を指示する。この指示を受けたステージ制御装置１９は、ウエハ駆動装置１５を介して、ウエハステージＷＳＴを移動させる。なお、ウエハＷがロードされるときに、ウエハステージＷＳＴの位置がプリアライメントの結果（Ｘ、Ｙの誤差の情報）に基づいて補正されていなかった場合には、この時点で、ウエハステージＷＳＴの位置を補正するようにしても良い。また、ここで、後述するように、インライン計測器４００（又はオフライン計測器８００）で計測された、ウエハＷの外形基準座標系におけるサーチマークの位置ずれ量がキャンセルされるように、ウエハステージＷＳＴの位置をさらに補正するようにしても良い。
なお、ウエハステージＷＳＴの移動終了後、主制御装置２０は、アライメント系ＡＬＧに撮像を指示する。この指示により、アライメント系ＡＬＧは、サーチアライメントマークＳＹＭを含む領域を撮像する。この撮像結果は、主制御装置２０に送信され、主制御装置２０は、この撮像結果に基づいたステージ座標系（ＸＹ座標系）上のサーチアライメントマークＳＹＭの位置（Ｘ1，Ｙ1）を求める。プリアライメントの結果やインライン計測器４００の事前計測結果によるウエハステージＷＳＴの位置補正（アライメント系ＡＬＧとウエハＷとの相対位置調整）がまだ行われていない場合には、ここでその補正を行うことができる。なお、このサーチアライメントマークの位置は、統計的手法を用いた画像処理、例えばテンプレートマッチング等の相関アルゴリズム、あるいは波形を所定のスライスレベルでスライスしたり、波形を微分してエッジを抽出するなどの波形処理アルゴリズムに基づいて精度良く求められるようにするのが望ましい。
なお、このサーチアライメントにおいて、本実施形態では、サーチアライメントマークＳＹＭの位置（Ｘ1，Ｙ1）が予定された範囲外にある場合には、主制御装置２０は、何らかの要因で、ウエハＷが正常な状態でロードされずプリアライメント（ウエハ投入）異常が発生しウエハＷに対する露光処理を正常を行える状態にないものと判断し、サーチ誤検出エラー表示をして、処理を中断（露光装置２００の動作を停止）する（投入後判断工程）。この場合、オペレータは、そのエラー表示を参照して、露光装置２００に対するメンテナンスを行い、エラーの原因を究明する。このとき、例えば、プリアライメント装置３２における、背景板の傾き、結像光学系テレセントリック度などの調整、投入アーム３６の位置調整などが行われるようにしても良い。
特に上記異常が検出されなかった場合には、主制御装置２０は、まず、サーチアライメントマークＳθＭがアライメント系ＡＬＧの撮像視野内に収まるようにステージ制御装置１９に指示する。この指示を受けたステージ制御装置１９は、サーチアライメントマークＳθＭがアライメント系ＡＬＧの撮像視野内に収まる位置に、ウエハ駆動装置１５を駆動して、ウエハステージＷＳＴを移動させる。
次に、主制御装置２０は、アライメント系ＡＬＧに撮像を指示する。この指示により、アライメント系ＡＬＧは、サーチアライメントマークＳθＭを含む領域を撮像する。ここでも、プリアライメントの結果や後述するインライン計測器４００の事前計測結果によるウエハステージＷＳＴの位置補正（アライメント系ＡＬＧとウエハＷとの相対位置調整）を行うことができる。この撮像結果は主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、この撮像結果によってステージ座標系上のサーチアライメントマークＳθＭの位置（Ｘ2，Ｙ2）をサーチアライメントマークＳＹＭの位置を求めたときと同様に算出する。
ここでも、サーチアライメントマークＳＹＭの検出のときと同様に、本実施形態では、サーチアライメントマークＳθＭの位置（Ｘ2，Ｙ2）が予め設定される範囲外にある場合には、プリアライメント（ウエハ投入）異常が発生したものと判断し、不図示の表示装置にサーチ誤検出エラー等のエラー表示をして、処理を中断するようにしてもよい（投入後判断工程）。
主制御装置２０は、求めたサーチアライメントマークＳＹＭの位置（Ｘ1，Ｙ1）及びサーチアライメントマークＳθＭの位置（Ｘ2，Ｙ2）に基づいて、ステージ座標系に対するウエハＷの中心位置の位置ずれ量（これを（ΔＸ，ΔＹ）とする）及び回転ずれ量（これをΔθとする）を算出する。例えば、設計上の両マーク間の距離やＹ軸方向の位置ずれ（Ｙ1−Ｙ2）からΔθが求められ、そのΔθがキャンセルされたときのウエハＷの中心位置と、本来のウエハＷの中心位置との位置ずれが位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ，Δθ）となる。
そして、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９を介してウエハステージＷＳＴを順次移動させ、ウエハＷ上の予め定められた特定のショット領域（サンプルショット）に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）を、アライメント系ＡＬＧを用いて順次検出させ、この検出結果（各マークとアライメント系ＡＬＧの検出中心との相対位置）とそれぞれのマーク検出時のウエハレーザ干渉計２４の計測値とを用いて、上記サンプルショットのウエハマーク（ファインアライメントマーク）の位置を求め、この求めたウエハマークの位置に基づいて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書などに開示される統計演算により、ウエハ全体のローテーション、直交度、Ｘ，Ｙ方向のスケーリング（倍率誤差）、Ｘ，Ｙ方向のオフセットで代表される線形誤差を算出して図１３に示される配列座標系αβを求め、この算出結果に基づきウエハＷ上のショット領域の配列座標を算出するＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント（ファインアライメント））を行う（Ｓ１６：検出工程）。ここで、ウエハアライメントの際のウエハステージＷＳＴのＸ位置及びＹ位置は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ及びアライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＹ軸方向の測長軸における計測値と、アライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＸ軸方向の測長軸における計測値とに基づいて管理される。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
なお、このとき、ファインアライメントマークの検出時のウエハステージの移動位置には、サーチアライメントの結果、すなわちウエハＷの位置ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）及び回転ずれ量Δθが加味されているので、ファインアライメントマークがアライメント系ＡＬＧの撮像視野内から外れることはない。
ここで、上述の如く、ウエハステージＷＳＴのＸ位置、Ｙ位置の計測に用いられるウエハレーザ干渉計２４の測長軸は、アライメント系ＡＬＧに対し、アッベ誤差が生じない位置関係となっているので、ウエハステージＷＳＴのヨーイング（θｚ回転）による誤差は発生しない。但し、ウエハＷの表面の高さとウエハレーザ干渉計２４の各測長軸の高さとは異なっているので、ステージ制御装置１９では前述した如く複数の測長軸の計測値を用いてピッチング量、ローリング量を求め、これらに基づいてウエハホルダ１８が傾斜した時に発生する上下方向のアッベ誤差を補正するようになっている。
上記のＥＧＡの終了後、主制御装置２０は、ＥＧＡで求められた位置からベースラインだけウエハステージＷＳＴを移動させることにより、ウエハＷ上の各ショット領域を正確にレチクルパターンの投影位置に重ね合わせて露光を行う（Ｓ１７）。但し、露光装置２００では走査露光が行われるので、後述する実際の露光の際には、ウエハステージＷＳＴの移動は、ＥＧＡで求められた位置からベースラインだけウエハステージＷＳＴを移動したショット中心の位置から所定距離だけ走査方向にずれた各ショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）への移動となる。
露光終了後、ウエハＷは不図示のウエハアンローダを用いてウエハステージＷＳＴからアンロードされる（Ｓ１８）。
上述したように、ウエハＷは、露光装置２００に投入される前に、インライン計測器４００において事前計測がなされ、ウエハＷの外形に基づく外形基準座標系（Ｘ’Ｙ’座標系）でのサーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの位置座標が求められる（Ｓ１１）。そして、その際の検出結果等により、プリアライメント装置３２におけるウエハＷのエッジの計測条件及びアライメント系ＡＬＧにおけるサーチアライメントマークの計測条件の最適化がなされる（Ｓ１２）。さらに、露光装置２００では、主制御装置２０の指示によるステージ制御装置１９の制御の下、ウエハ搬送アーム６４からプリアライメント装置３４の投入アーム３６に受け渡され、最適化された計測条件でウエハＷのエッジが計測ユニット４０ａ、４０ｂ、４０ｃにより計測され、その計測結果に基づくウエハ外形基準座標系でのウエハＷの中心位置及び回転量が算出される、いわゆるプリアライメントが行われる（Ｓ１３）。そして、その算出結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴ及びそのセンタテーブル３０等の協調動作により、ウエハステージＷＳＴのウエハホルダ１８上にウエハＷがロードされる（Ｓ１４）。さらに、最適化された計測条件でマーク計測を含むサーチアライメント処理（Ｓ１５）、ファインアライメント処理（Ｓ１６）などが実施された後、当該ウエハＷ上の各ショット領域に対して、レチクルのパターンが転写される（Ｓ１７）。
なお、サーチアライメント処理では、サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳＹθが、アライメント系ＡＬＧの撮像視野内に収まるように、ウエハステージＷＳＴとアライメント系ＡＬＧの相対位置の調整を行う必要がある。本実施形態では、このときのウエハステージＷＳＴの目標位置を、プリアライメントにおいて、検出されたウエハＷの中心位置及び回転量に基づく外形基準座標系を基準としたときのサーチアライメントマークの設計上の位置のみで決定するのではなく、後述するように、インライン計測器４００において事前計測された、ウエハＷの外形基準座標系におけるサーチアライメントマークの実測位置座標を考慮して決定することができる。
このようなウエハステージＷＳＴとアライメント系ＡＬＧとの相対位置調整は、Ｓ１４のウエハロード時に行っても良い。すなわち、アライメント系ＡＬＧは固定されているので、ウエハＷをロードするときのウエハステージＷＳＴの位置を、インライン計測器４００において事前計測された、上記位置ずれ量だけずらしておけば良い。
ところで、ウエハステージＷＳＴからアンロードされたウエハＷは、不図示のウエハアンローダ、アンロードロボットにより、トラック３００の搬送ライン３０１まで搬送された後、搬送ライン３０１に沿って順次ポストベーク装置３２１及びクーリング装置３２２を経て現像装置３２３に送られる。そして、現像装置３２３において、ウエハＷの各ショット領域上に、レチクルのデバイスパターンに対応したレジストパターン像が現像される（Ｓ１９）。現像が完了したウエハＷは、必要に応じて形成されたパターンの線幅、重ね合わせ誤差等のインライン計測器４００又は別途測定装置を設けた場合には該測定装置で検査され、搬送ライン３０１によってウエハキャリア３０３内に収納される。
この後、ウエハキャリア３０３に収納されたウエハＷは、他の処理装置に搬送され、エッチング（Ｓ２０、レジストで保護されていない部分を削り取る）、レジスト剥離（Ｓ２１、不要となったレジストを取り除く）等が実行される。上述したＳ１０〜Ｓ２１の処理を繰り返し行うことにより、ウエハキャリア３０２に収納された例えば１ロットのウエハに対し、多重に回路パターンが形成される。
なお、上記説明では、ウエハＷに対する事前計測をトラック３００内に設けられたインライン計測器４００で行うようにしたが、オフライン計測機８００で行うようにしてもよい。しかしながら、トラック３００内のインライン計測器４００を事前計測に用いた方が、レジスト処理後すぐに事前計測することができるので、スループットの点から有利であるといえる。
上述したウエハプロセス処理は、各基板処理装置でそれぞれ行われており、各基板処理装置は、露光工程管理コントローラ５００により統括的に制御・管理される。露光工程管理コントローラ５００は、これに付属する記憶装置に、処理システム１００で処理する各ロットあるいは各ウエハについてのプロセスを制御するための種々の情報、そのための種々のパラメータあるいは露光履歴データ等の種々の情報を蓄積する。そして、これらの情報に基づいて、各ロットに適切な処理が施されるように、各露光装置２００を制御・管理する。また、露光工程管理コントローラ５００は、各露光装置２００におけるアライメント処理に用いられるアライメント条件（アライメント計測の際に使用される様々な条件（サンプルショット数と配置、ショット内多点方式か１点方式か、信号処理の際に使用されるアルゴリズムなど））を求め、これを各露光装置２００に登録する。露光工程管理コントローラ５００は、露光装置２００で計測されたＥＧＡログデータ等の各種データも蓄積しており、これらに基づいて、各露光装置２００を適切に制御・管理する。
また、解析システム６００は、露光装置２００、トラック３００、露光装置２００の光源、インライン計測器４００、オフライン計測機８００等とは独立して動作する装置であり、それら各種装置からネットワークを経由して各種データを収集し、解析を行う。
［パイプライン処理］
上述したインライン計測器４００によるインライン事前計測工程を追加したことにより、ウエハプロセス処理に遅延が生じることは否めないが、以下のようなパイプライン処理を適用することにより、遅延を抑制することが可能である。これを図１４を参照して説明する。
インライン事前計測工程を追加したことにより、ウエハプロセス処理は、レジスト膜を形成するレジスト処理工程Ａ、インライン計測器４００による事前計測工程Ｂ、アライメント及び露光を行う露光工程Ｃ、露光後の熱処理や現像を行う現像工程Ｄ、レジストパターンの測定を行う場合にはパターン寸法計測工程Ｅの５つの工程で構成されることになる。これらの５つの工程で、数枚のウエハＷ（同じ図では３枚）について、並行的に処理するパイプライン処理を行う。具体的には、また、ウエハＷの事前計測工程Ｂを先行するウエハの露光工程Ｃとを並行して行うことにより、全体のスループットに与える影響を極めて小さく抑えることができる。
また、現像工程Ｄの実施後にレジスト寸法測定工程Ｅを実施する場合には、事前計測工程Ｂとレジスト寸法測定工程Ｅを互いに重ならないようなタイミングで、これらをインライン計測器４００でパイプライン的に計測することにより、レジスト寸法測定装置を別途設ける必要がないので装置コストを削減することができるうえ、且つスループットにもそれほど悪影響を与えることはない。
なお、図１４に示されるパイプライン処理はあくまでも一例であり、先行するウエハに対する露光を行っている間にウエハＷのプリアライメントを行うように工程をスケージューリングしてもよいことは勿論である。
［インライン事前計測処理及び最適化処理］
次に、上記ウエハプロセス処理において、ウエハＷが露光装置２００に投入される前に実施される、インライン計測器４００における事前計測処理（Ｓ１１）と、そのインライン事前計測によるアライメント最適化処理（Ｓ１２）を含む、一連の処理についてさらに詳細に説明する。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）及び図１６には、この一連の動作を示すフローチャートが示されている。まず、図１５（Ａ）に示されるように、ステップ６２０において、不図示の搬送ロボットにより、ステージ装置ＩＳＴのターンテーブルＴＴ上にウエハＷをロードする。そして、次のステップ６２２において、インライン計測器４００は、露光装置２００、解析システム６００又は工場内生産管理ホストシステム７００との通信により、露光対象であるウエハＷのウエハサイズ（１２インチ／８インチ／６インチ）、ウエハタイプ（ノッチ／ＯＦ）、ウエハローディング方向（６時／３時）などのウエハ外形計測パラメータと、露光装置２００内（アライメント系ＡＬＧ）で計測を行うべきサーチアライメントマークの設計位置情報と、マーク検出パラメータ（マークを計測するためのアルゴリズム種別や、選択された信号波形の処理アルゴリズムに関するパラメータであって、例えばスライスレベルなど）とを取得する。次いで、ステップ６２４において、インライン計測器４００の事前計測制御装置４５０は、取得したウエハ外形計測パラメータに基づいて、ターンテーブルＴＴ上に保持されたウエハＷの外形エッジ（通常、ノッチ／ＯＦ部を含む３箇所）の計測を行う。例えば、ウエハ外形計測パラメータの設定が、８インチ／ノッチ／６時のウエハＷであった場合には、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）に示されるように、ステージ駆動装置４１５を介してステージ装置ＩＳＴを移動させて、ウエハＷの１０時半、６時、１時半のエッジを事前計測センサ４１０の計測視野に順次位置決めしつつ、ウエハＷのエッジ付近の撮像を行う。これにより、図６（Ａ）に示される撮像領域ＶＡ〜ＶＣに対応する撮像データ（これを撮像データＶＡ〜ＶＣとする）が得られる（Ｎはノッチ位置）。
次のステップ６２６では、事前計測制御装置４５０は、撮像結果としての撮像データＶＡ、ＶＢ、ＶＣ若しくはこれを信号処理したデータに基づいて、ウエハＷの中心位置と回転量とを算出する。この算出方法は、図１０のフローチャートで示されるプリアライメント装置３２でのウエハＷの中心位置と回転量の算出方法と同様であるので、説明を省略する。ここで、求められたウエハＷの中心位置と回転量に基づいて、ウエハＷの外形基準座標系が決定される。
次のステップ６２８において、インライン計測器４００の事前計測制御装置４５０は、ウエハＷの一部のエッジの検出結果、すなわち撮像データＶＡ、ＶＢ、ＶＣ若しくはこれを信号処理したデータを、所定の評価基準にしたがって評価する。ここでは、その評価を得点形式で行う。すなわちその評価のレベルを示す検出結果の得点（以下、「エッジ検出結果スコア」という）を算出し、その得点で検出結果を評価する（評価工程）。なお、このエッジ検出結果スコアの説明については後述する。
次のステップ６３０では、インライン計測器４００の事前計測制御装置４５０は、ウエハ外形エッジ検出結果（ＯＫ／ＮＧ）とエッジ検出結果スコアなどを、露光装置２００の主制御装置２０又は解析システム６００に送信する。すなわち、ここでは、エッジ検出結果スコアが、予め決められた閾値よりも良好である場合には、そのエッジが露光装置２００で計測するマークとして適正であることを示す情報（ＯＫ）を露光装置２００（又は解析システム６００）に送信し、エッジ検出結果スコアが予め決められた閾値より不良である場合には、そのエッジが露光装置２００で計測するエッジとして不適であることを示す情報（ＮＧ）を、露光装置２００（又は解析システム６００）に送信する。
なお、不良と判断された場合には、当該スコア及びＮＧの情報とともに、ＮＧとなった生信号波形データ（撮像データ）を露光装置２００（又は解析システム６００）送信するようにしてもよい。なお、原則的には、インライン計測器４００で計測した全てのエッジの撮像データを露光装置２００に送信するのが望ましいが、撮像データを全エッジについて送信するとなると、通信時間が長くなってスループットの低下を招く虞があり、また、撮像データの受信側としても記憶の大きな記憶媒体を準備しておかなければならないという負担が生じる。このため、本実施形態では、不適と判断されたエッジに関してのみ、撮像データを送信するのが望ましい。
次いで、上記ステップ６３０での情報送信を受け、図１６のステップ６４０において、上記ステップ６３０において送信された情報を受信した露光装置２００の主制御装置２０においては、エッジ検出エラー（ＮＧ）となったウエハＷのエッジがあるか否かを判断する。これにより、インライン計測器４００等において、エッジ検出結果スコアに基づいて、正常にウエハＷのエッジの検出が行われたか否か判断することができる。このステップ６４０は、すくなくともプリアライメント前に行われる必要がある。この判断が肯定されれば、ステップ６４２に進み、ウエハＷのエッジの検出結果（生信号波形データ）が送られている場合には当該データ、送られてきていない場合にはインライン計測器４００から送られた、評価結果としてのエッジ検出スコアとの少なくとも一方に基づいて、ウエハ外形計測パラメータの最適化処理を実行する。なお、エッジの生信号波形データが送られてきていない場合には、インライン計測器４００から改めて当該データを取得し、そのデータに基づいて最適化処理を実行するようにしてもよい。
この最適化処理では、プリアライメント装置３２におけるプリアライメント計測での計測再現性（ウエハ中心ＸＹの３σ、ウエハの回転量θの３σ）を評価尺度として、例えば、取得したウエハＷのエッジの検出結果と、これまでに記憶装置２１にロギングされたウエハＷのエッジの検出結果とを照らし合わせて、ウエハ外形計測パラメータ、すなわちウエハ外形の計測条件（事前計測センサ４１０の照明条件（例えば、光源としてのＬＥＤ電圧調整値（照明強度）、事前計測センサ４１０で用いる計測用照明光の照明波長、入射角度（照明角度）、暗視野、明視野など）、同一エッジの繰り返し計測画面数、事前計測センサ４１０の撮像倍率、エッジの計測アルゴリズムなど）の最適値を導きだすことにより行えばよい。
なお、ウエハ外形計測パラメータの最適化処理は、インライン計測器４００の事前計測制御装置４５０で行うようにしてもよい。ステップ６４０における判断が否定された場合、すなわち、エッジ検出エラーが無い場合にはステップ６３２（図１５（Ｂ））に進む。
ステップ６４２におけるウエハ外形計測パラメータの最適化処理を実行後、再度エッジ検出を行った結果、ステップ６４４において、エッジ検出エラーが有るか否かを判断し、判断が否定されれば、ステップ６３２（図１５（Ｂ））に進む。このステップ６４４は、最適化の結果、ウエハのエッジの検出結果を再度評価し、その評価結果に基づいて、ウエハに対する露光を正常に行うことができるか否かを判断する工程であるといえる（最適化後判断工程）。
一方、ステップ６４４における判断が肯定されると、ステップ６４６において、ノッチ（又はＯＦ）位置を除いて、他のウエハ外形エッジ位置を探索するか否かを、設定された優先順位に従って判断する。
ステップ６４６において、ウエハＷの他のエッジを探索すると判断した場合には、ステップ６４８において、主制御装置２０は、追加して計測すべき他のエッジの位置とウエハ外形計測パラメータを指定して、インライン計測器４００に通知し、図１５（Ａ）のステップ６２４に戻り、ウエハエッジ計測を再び行う。
一方、他のエッジを探すことなく、ステップ６４６における判断が否定された場合には、ステップ６５０に進み、そのウエハＷを露光装置２００内へ搬送することなく、該当ウエハＷをリジェクト（処理工程から排除）する。なお、ステップ６５０において、リジェクトされたウエハＷの枚数が予め設定された枚数（所定数）を超過した場合には、当該ウエハＷを含むロットの全てのウエハＷをリジェクトする。
一方、ステップ６４０又はステップ６４４で判断が否定されると図１５（Ｂ）のステップ６３２に進む。ステップ６３２では、インライン計測器４００（事前計測制御装置４５０）は、そのステージ駆動装置４１５を介してステージ装置ＩＳＴを移動させて、上記ステップ６２６で求めたウエハの外形から求められたウエハＷの中心位置及び回転量により規定される座標系と、サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの設計上の位置座標とから、サーチアライメントマークの概略位置を推定し、ウエハＷのサーチアライメントマークが事前計測センサ４１０の検出視野内に入るように、ステージ装置ＩＳＴを順次位置決めしつつ、該サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭを検出し、ステップ６３４において、その検出結果から、上記外形基準座標系でのサーチアライメントマークの位置座標を計測し、その計測結果から、上記外形基準座標系でのサーチアライメントマーク設計上の位置座標からの位置ずれ量を算出する。なお、サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの位置を正確に計測するには、検出結果として高倍率での撮像データが必要となるので、サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの検出に先立って、事前計測制御装置４５０は、事前計測センサ４１０に備えられた変倍光学系を調整し、エッジ検出の時よりも撮像倍率を高く調整しておく必要がある。
次のステップ６３６では、インライン計測器４００の事前計測制御装置４５０は、事前計測センサ４１０から出力されるサーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの撮像データ若しくはこれを信号処理したデータに基づいて、当該マークが露光装置２００で検出するマークとしての適性を所定の評価基準に従って評価し、その評価のレベルを得点形式で示すスコア（以下、「マーク検出スコア」と呼ぶ）を算出する。本実施形態では、この評価及びスコアの算出を事前計測制御装置４５０で行うものとするが、事前計測結果を全て解析システム６００や露光装置２００（主制御装置２０）に送信するようにした場合には、受信側（主制御装置２０又は解析システム６００）にてこれら評価及びスコア算出を行うようにしてもよい。なお、このマーク検出スコアについては後述する。
次のステップ６３８では、インライン計測器４００は、サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの位置ずれ量、サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの検出結果（ＯＫ／ＮＧ）と、マーク検出結果スコアを露光装置２００又は解析システム６００に送信する。すなわち、当該マーク検出結果スコアが予め決められた閾値よりも良好である場合には、当該スコア及び当該マークが露光装置２００で計測するマークとして適正であることを示す情報（ＯＫ）を送信し、当該スコアが予め決められた閾値より不良である場合には、当該スコア及び当該マークが露光装置２００で計測するマークとして不適であることを示す情報（ＮＧ）を送信する。なお、不良と判断された場合には、当該スコア及びＮＧの情報とともに、マーク信号の生信号波形データ（撮像データ）を送信するようにしてもよい。本実施形態では、不適と判断されたマークまたは計測不能と判断されたマーク（計測エラーマーク）に関してのみ、計測したマーク生波形信号データを送信するようにしている。
なお、本実施形態では、上記情報を送信するか否かを判断する制御動作も事前計測制御装置４５０で行うように構成されていてもよい。これらの情報及び後述するインライン計測器４００から露光装置２００に通知される情報は、解析システム６００を介して露光装置２００に通知するようにしてもよいが、説明を簡略にするため、以下では、単に、露光装置２００に直接通知するものとして説明する。なお、解析システム６００を介して露光装置２００に情報を送る場合には、露光装置２００で行う処理の一部又は全部を解析システム６００に行わせて、その結果を露光装置２００に送るようにしてもよい。
また、解析システム６００の情報は、工場内生産管理ホストシステム７００、露光工程管理コントローラ５００を介して露光装置２００に送るように構成しておいてもよい。
次に、ステップ６６０では、上記ステップ６３８での情報送信を受けて、これら情報を受信した露光装置２００の主制御装置２０においては、マーク検出エラー（ＮＧ）が設定許容数以上であるか否かを判断し、マーク検出エラーが設定許容数以上である場合であって、マークの生信号波形データが送られている場合には当該データに基づいて、送られていない場合には、ステップ６６２において、インライン計測器４００から該当する全て又は一部についてのマークの撮像データ（生信号波形データ）を取得し、マーク検出パラメータの最適化処理を実行する。なお、マーク検出パラメータの最適化処理は、インライン計測器４００の事前計測制御装置４５０で行うようにしても良い。ステップ６６０において、マーク検出エラーが設定許容数に達しておらず、判断が否定された場合には、ステップ６５２のウエハ処理に進む。
ステップ６６２において、マーク検出パラメータの最適化処理を実行後、ステップ６６４において、再度マークを検出した結果、マーク検出エラーが設定許容数に達しておらず、判断が否定された場合は、ステップ６５２のウエハ処理に進み、判断が肯定された場合は、マーク検出パラメータの最適化実行後に行われるステップ６６６に進み、予め登録された情報に従って、他のマークを探索するか否かを、予め指定された探索領域内の他のマークの設計上の座標位置に予め設定された優先順位に従って判断する。なお、本実施形態では、サーチアライメントマークがＳＹＭ，ＳθＭの２つだけとなっているが、実際には、サーチアライメントマークの候補となるマークがウエハＷ上に多数形成されており、ここでは、その候補の中から他のマークを選択する。
ステップ６６６で他のマーク位置を探すと判断した場合には、ステップ６６８において、露光装置２００は、追加して計測すべき他のアライメントマーク位置とマーク検出パラメータを指定して、インライン計測器４００に通知し、図１５（Ｂ）のステップ６３２に戻り、マークの事前計測処理を繰り返す。
一方、ステップ６６６において、予め設定された領域内のマーク（計測対象の候補となっていたマーク）を全て計測したにもかかわらず、予め設定された許容値以上のマーク検出エラーがある場合は、ステップ６５０に進み、そのウエハＷを露光装置２００内に搬送することなく、該当ウエハＷをリジェクト（処理工程から排除）する。またステップ６５０において、リジェクトされたウエハＷの枚数が予め設定された枚数を超過した場合には、当該ウエハＷを含むロットの全てのウエハＷをリジェクトする。
なお、このウエハＷのリジェクト処理が行われる条件は、上述したものに限られるものではない。インライン計測器４００等で行われる全ての事前計測の結果（ウエハＷのエッジ、ウエハＷ上のマークの位置情報のみならず、フォーカス誤差や、パターン線幅や、パターン欠陥や、装置内の温度差に基づく予測ウエハ変形量など）に基づいて、これ以上そのウエハに対するパターン露光処理を進めることが好ましくない（良好なデバイスを得られない）と判断された場合には、本実施形態と同様にウエハのリジェクト処理が行われるようにしてもよい。
ステップ６６０又はステップ６６４における判断が否定された後に行われるステップ６５２に進むと、図９におけるＳ１１（インライン事前計測）及びＳ１２（最適条件の導出）とが終了したことになる。このステップ６５２のウエハ処理は、図９におけるウエハプロセスのステップＳ１３（プリアライメント）〜Ｓ１７（露光）の処理に相当する。
このステップ６５２においては、まず、露光装置内にウエハをロードしてプリアライメント（Ｓ１３）を行い、上述したように、ウエハＷのエッジを検出し、その検出結果に基づいてウエハＷの中心位置及び回転量を算出する。そして、ウエハロード（Ｓ１４）又はサーチアライメント（Ｓ１５）において、インライン計測器４００において事前計測されたそのウエハＷの外形基準座標系でのサーチアライメントマークの位置ずれ量分だけ、ウエハステージＷＳＴの位置を調整する。このようにすれば、その位置ずれ量分だけウエハステージＷＳＴとアライメント系ＡＬＧとの相対位置が調整されるので、前層露光装置におけるＡ．オフセットやＢ．プリアライメントによる投入再現性等による外形基準座標系でのサーチアライメントマークの位置ずれに起因するサーチ計測エラーなどが発生するのを回避することができる。図１８（Ａ）には、前層露光装置での露光により形成され、その露光装置のオフセットやプリアライメント投入位置のずれにより、ウエハＷの外形基準座標系に対して形成位置が設計値からずれたサーチアライメントマークの一例が示されている。図１８（Ａ）では、設計上のサーチアライメントマークの設計上の位置が点線で示され、実際の位置が実線で示されている。図１８（Ａ）では、インライン計測器２００の事前計測により計測されたサーチアライメントマークの位置ずれ量が矢印で示されている。
図１８（Ｂ）には、サーチアライメントマークＳθＭ付近の拡大図が示されている。図１８（Ｂ）においては、上述のようにしてサーチアライメントマークの位置ずれ量分だけウエハステージＷＳＴの位置が調整されたときのアライメント系ＡＬＧの計測視野ＭＡが示されている。図１８（Ｂ）に示されるように、上記位置ずれ量分だけ、ウエハステージＷＳＴの位置が調整されているので、計測視野ＭＡが矢印Ｖ１だけ移動し、アライメント系ＡＬＧの計測視野内に、サーチアライメントマークＳθＭが収まるようになる。なお、このようにサーチアライメントマークを確実に計測視野内に捉える確実性が高まるのであれば、アライメント系ＡＬＧの撮像倍率をさらに高く設定することもできる。このようにすれば、サーチアライメントマークの検出精度をさらに高めることができる。
［センサ間差補正］
ところで、インライン計測器４００における事前計測は、あくまで、露光装置２００で行われる各種アライメントにおける計測対象を、事前に計測しようとするものである。したがって、例えば、露光装置２００においては問題なく計測できるウエハＷであっても、インライン計測器４００では正常に計測することができないというような状態は避けなければならない。そこで、インライン計測器４００における事前計測と、露光装置２００での本計測との整合性をとる必要がある。本実施形態では、インライン計測器４００による事前計測工程における事前計測センサ４１０による検出結果に対する評価結果としての各種検出スコアと、露光装置２００における計測工程におけるウエハＷのエッジの検出結果に対する評価結果としての各種検出スコアとを比較して、同一のウエハ（例えば基準ウエハであってもよい）に対する両スコアを整合させる（整合工程）。
まず、ウエハＷのエッジを検出するインライン計測器４００と露光装置２００のプリアライメント装置３２間でのセンサ間差（事前計測センサ４１０と計測ユニット４０ａ〜４０ｃとの間の特性差であって、信号処理アルゴリズムの相違を含む）を補正する。まず、露光装置２００の主制御装置２０では、Ｓ１３のプリアライメントにおいて、エッジ検出エラーが発生したウエハ外形エッジ（ノッチ／ＯＦ含む）についての撮像データを記憶装置２１にロギングしておく。そして、この撮像データとウエハ外形計測パラメータと検出エラー情報とを解析システム１００又はインライン計測器４００へ送信し、インライン計測器４００で計測されたエッジの撮像データ（生信号波形データ）と露光装置２００のプリアライメント装置３２（計測ユニット４０ａ〜４０ｃ）による同一エッジに対するエッジ生信号波形データとを照合し、インライン計測器４００の計測結果に基づくスコアと一致するようにスコア補正値を最適化する。このようにすれば、同一のウエハＷに対する、事前計測工程におけるウエハのエッジの少なくとも一部の撮像データに対するスコアと、プリアライメントにおける同一のエッジの撮像データに対するスコアとをほぼ一致させることができ、有効な事前計測が可能となる。
また、インライン計測器４００と露光装置２００のアライメント系ＡＬＧ間でのセンサ間差（事前計測センサ４１０とアライメント系ＡＬＧとの間の特性差であって、信号処理アルゴリズムの相違を含む）を補正する。インライン計測器４００から送られたマーク生信号波形データと露光装置２００（アライメント系ＡＬＧ）による同一マークに対する検出結果（マーク生信号波形データ）とを照合し、インライン計測器４００の計測結果に基づくスコアが一致するようにスコア補正値を最適化する。なお、通常、露光装置２００の主制御装置２０は、アライメント処理において、少なくとも検出エラーが発生したマークについての検出結果（マーク生信号波形データ）を記憶装置２１にロギングしているので、このマーク生信号波形データと検出パラメータと検出エラー情報とを解析システム６００又はインライン計測器４００へ送信し、インライン計測器４００で計測されたマーク生信号波形データと照合して、同一マークに対する検出スコアが一致するようにスコア補正値を最適化してもよい。
なお、上述したセンサ間の特性差の補正処理については、インライン計測器４００と露光装置２００の間での場合について説明したが、オフライン計測機８００と露光装置２００との間のセンサ間の特性差についても同様に行うことができる。
［エッジ検出結果スコア］
次に上述したエッジ検出結果スコアについて説明する。このエッジ検出結果スコアは、上記ステップ６２８（図１５（Ａ）参照）において、前述のように所定の評価基準により求められたものである。本実施形態では、ウエハＷのエッジの撮像データにおけるウエハＷのエッジ（ノッチ部含む）の検出状態に関する複数の特徴量を所定の評価基準とする。この特徴量とは、ウエハのエッジの特徴を、正確に検出することできたか否かの尺度となる量のことである。ウエハのエッジに関する特徴量としては、例えば検出結果（撮像データ）から得られるウエハエッジパターンの強度（すなわちエッジ付近の明部と暗部のコントラスト）、ウエハエッジパターンの強度のばらつき、撮像データから得られるウエハのエッジの曲率、ウエハのエッジ部を近似することによって得られる近似曲線（近似直線も可）と複数のエッジ位置とのばらつき等が挙げられる。本実施形態では、これらの複数の特徴量を求めた後、各特徴量に最適化された重み付けを行い和をとって求めたトータル値を、エッジ検出結果スコアとして定義して評価結果として算出し、予め設定された閾値と比較してウエハＷのエッジの撮像データの“適（ＯＫ）／不適（ＮＧ）”を判定する。ここで、「エッジ撮像データの適・不適」を正しく判定するためには、複数の特徴量それぞれの重みを露光プロセスやロット毎に最適化することが望ましい。
［マーク検出結果スコア］
次に、上述したマーク検出結果スコアについて説明する。このマーク検出結果も、所定の評価基準により求められたものである。マーク信号パターンにおける特徴量であるマークパターン幅誤差、マークパターンエッジ間隔誤差、マークパターンエッジ強度、マークパターンエッジ強度のばらつき等の複数の特徴量をパターン毎に求めた後、各特徴量に最適化された重み付けを行い和をとって求めたトータル値をマーク検出結果スコアとして定義し、予め設定された閾値と比較してマークの有無（あり／なし）を判定する。ここで、「マーク生信号波形データの適・不適」を正しく判定するためには、エッジ検出スコアの場合と同様に、複数の特徴量それぞれの重み付けを露光プロセスやロット、マーク構造毎に最適化することが望ましい。
なお、より具体的なマークの特徴量としては、マークの検出結果（生信号波形データ）のエッジ部を検出した場合に、そのエッジ部の検出結果（エッジ位置）に基づいて、マークのパターン幅の規則性（例えば、マークの特徴の１つである均一性）やパターン間隔の規則性（例えば、マークの特徴の１つである規則性）を特徴量として求める。ここでの「エッジ部」とは、ウエハＷの被計測面の外縁のことではなく、例えばライン・アンド・スペースマークにおけるライン部とスペース部との境界のように、マークを形成するパターン部と非パターン部との境界をいう。このとき、信号に含まれるノイズなどを除去する処理を行うようにしても良い。
なお、ラインパターン幅とラインパターン間隔は、設計値とのばらつきが小さいほどよく、エッジ形状均一性も、ばらつきが小さいほど「マークの波形信号の適正度」が高いと判定する。この場合、スコアは低いほど良い。逆に、マークの検出に検出波形と参照波形とのテンプレートマッチングを行うような、いわゆる相関アルゴリズムを使用する場合は、この相関値をスコアとすることも可能である。この場合、スコアは高ければ高いほど良い。
［ウエハ投入再現性計測］
次に、ウエハ投入再現性計測について説明する。本実施形態では、ロット処理中に露光装置２００へのウエハＷの投入再現性計測を行う。すなわち、本実施形態では、図９のフローチャートに従って、１枚のウエハＷが露光装置２００に投入される度に、そのウエハＷの投入位置を計測することにより、露光装置２００の投入再現性計測を行うのである。
この投入再現性の計測は、投入後のウエハＷ上のマーク位置を計測することによって行われる（すなわち、Ｓ１４のウエハＷのロードからＳ１８のウエハＷのアンロードの間に計測が行われる）。しかしながら、同一ロット内のウエハＷであっても、ウエハの外形やウエハＷ上のマーク状態（形成されているマークの出来、不出来具合（崩れ具合）や、ウエハ変形等によるマーク位置の変動具合等）はさまざまであり、基準ウエハを複数回投入して投入再現性を計測するときに比べて、露光装置２００の投入再現性以外の要因が、ウエハＷ上のマーク位置の計測結果に影響を与えることになる。本実施形態では、マーク位置の計測結果から、露光装置２００の投入再現性以外の要因による成分を取り除くことにより、すなわち計測されたマーク位置のいわゆる規格化を行うことにより、ロット処理中での露光装置２００の投入再現性の計測を実現する。
露光装置２００の投入再現性以外の要因は様々であり、そのすべての要因を排除するのは困難であるが、影響が大きい幾つか要因による成分を取り除けば、精度的には十分であるといえる。しかしながら、これらの成分は、処理システム１００内の各露光装置２００によっても様々であり、どの要因による成分を取り除くかは、各露光装置２００によってそれぞれ設定できるようにするのが望ましい。また、投入再現性の計測に必要なウエハ枚数なども露光装置によって異なる場合もある。そこで、計測の有無も含めて、露光装置の号機毎に、投入再現性の計測条件を露光装置２００の内部パラメータとして設定できるようにしておくのが望ましい。そこで、まず、この計測条件の設定について説明する。
図１９には、ロット処理中のウエハ投入再現性計測の条件設定シーケンスの一例を示すフローチャートが示されている。図１９に示されるように、まず、ステップ８２０において、ウエハ投入再現性計測動作モードを設定する。具体的には、ウエハ投入再現性計測を行うか否か（すなわち計測の有無）、投入再現性計測を実行する場合にはその計測実行の終了条件の有無、実行終了条件が有るときはウエハ投入再現性の算出に用いるウエハのロット数やウエハ枚数の設定をここで行う。ウエハ枚数を指定した時は、ロットをまたいでも引き続き計測を行うか否かの指定も行う。同一プロセスを経たウエハであれば、ロット処理をまたいでも、ウエハＷの特性はほぼ同じであると考えることができるので、ウエハ投入再現性計測も可能である場合が多い。
次のステップ８２２において、ウエハ投入再現性の算出に用いるウエハ枚数の設定を行う。ここでは、ウエハ投入再現性を算出する際のウエハ枚数を設定する。通常は、投入再現性の３σの安定性の面から１０枚以上、１ロット分の２５枚以下がウエハ枚数として設定される。なお、露光装置２００における、ウエハＷの処理枚数が、この枚数を超えた場合は、一番古いウエハの投入再現性計測データが破棄され、順次新しいウエハの計測データを取り込み投入再現性を算出していけば、常に最新の投入再現性を得ることが可能となる。
次のステップ８２４では、ウエハ投入再現性計測におけるマーク計測結果の規格化の際に適用されるマーク位置のウエハ間差の補正条件の設定を行う。以下、２つの補正条件について説明する。
＜補正条件その１：ウエハ外形差＞
まず、露光装置の投入再現性以外のウエハＷ上のマーク位置をずらす大きな要因の１つとしてウエハの外形差が考えられる。前述のように露光装置２００では、プリアライメント装置３２において、ウエハＷの外形が検出され、その外形からウエハＷの中心位置及び回転量が算出され、その算出結果に基づいてウエハステージＷＳＴ上にロードされる。これは前層露光装置においても同じであり、特に、１層目の露光では、ウエハの外形のみを基準としてサーチアライメントマークが形成されるため、ウエハの外形がウエハ間で異なれば、ウエハ間でサーチアライメントマークの形成位置が異なるようになる。そこで、このようなウエハ外形差に対し、マーク位置を規格化する必要がある。
このウエハ外形差の影響を取り除くには、インライン計測器４００の事前計測により求められたウエハの外形基準座標系でのサーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの位置ずれ量を用いればよい。前述のように、サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭは、ウエハの外形基準で形成されたものであり、図９のステップＳ１５のサーチアライメントでのサーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの位置計測結果から、図１８（Ａ）に示されるようなウエハ外形基準でのサーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの形成位置の設計座標との位置ずれ量を差し引けば、異なるウエハ間でのウエハ外形差に起因するサーチアライメントマークの位置ずれ成分を取り除くことができる。
なお、上記位置ずれ量は、前述のように、前層露光装置におけるオフセット及び投入再現性をも反映したものとなるため、それらに起因する成分もキャンセルされることとなる。
＜補正条件その２：ウエハ変形成分・マーク変形成分＞
ところで、サーチアライメントマークの位置ずれは、上述したウエハ外形差によるものに限られない。サーチアライメントマークの形成位置は、前層露光装置での各ウエハの露光状態にも大きく影響を受ける。この影響によるサーチアライメントマークの位置ずれ成分をウエハ変形成分と呼ぶ。また、サーチアライメントマーク自体も、当然、ウエハ間で異なったものとなる。これをマーク変形成分と呼ぶ。本実施形態では、ウエハ間でのウエハ変形成分とマーク変形成分を取り除くように設定することも可能である。
サーチアライメントマークは、前層露光装置の露光によりショット領域の配列が形成されるのに付随して形成されるものであり、ウエハＷ上に形成されたショット領域の配列状態を計測すれば、上記ウエハ変形成分及びマーク変形成分に対し、サーチアライメントマークの計測位置を規格化することができる。
図９のステップＳ１６のウエハアライメントでは、前層露光装置で形成されたウエハＷ上のショット領域の配列座標系αβ（図１３参照）を求めている。ウエハＷの外形基準座標系Ｘ’Ｙ’に対するこの配列座標系αβの違い（スケーリング成分、直交度等の成分）が、上記ウエハ変形成分及びマーク形成成分に対応する（オフセット成分については、補正条件その１でキャンセルされている）。本実施形態では、図９のステップＳ１５におけるサーチアライメントでのサーチアライメントマークの位置計測結果を、このウエハアライメントで算出されたアライメント補正量（スケーリング成分、直交度成分）に基づいて変換することにより、サーチマーク計測結果からウエハ変形成分とマーク変形成分をキャンセルすることができる。
なお、ウエハＷ上に形成されたショット領域の配列は、スケーリング等の線形成分だけでなく、高次の成分も有しており、その成分が無視できない場合もある。ここでは、それらの成分をランダム成分と呼ぶこととする。このランダム成分によってもサーチアライメントマークの形成位置が変化するため、図９のステップＳ１５におけるサーチアライメントにおいてそれらのランダム成分が算出されている場合には、その成分をマーク位置から差し引くようにしても良い。
なお、ランダム成分が予め設定された閾値を超過したウエハについては、異常ウエハとしてウエハ投入再現性データから除外するようにしてもよい。通常、ランダム成分については、ウエハ投入再現性計測の要求精度に比べて十分に小さい場合が多いので、ランダム成分によるマーク位置の規格化は省略しても精度への影響は少なく、ウエハ投入再現性計測に使用する際の計測データ異常判定のみに使用した方が望ましい。
次のステップ８２６では、ウエハ投入再現性評価ファクタの設定を行う。ここでは、ウエハ投入再現性を算出し、監視する評価ファクタを指定する。ウエハ投入再現性の評価ファクタとしては、以下の表３に示されるようなものが挙げられる。
Figure 2006025386
 すなわち、ウエハＷの投入再現性のファクタとしては、投入後のウエハＷの中心位置（Ｘ，Ｙ）及び回転量θの分布に関する情報であり、（Ｘ（３σ），Ｙ（３σ），θ（３σ），Ｙ−θ（３σ））や、最大値から最小値までの範囲（Ｘ（Ｍａｘ−Ｍｉｎ），Ｙ（Ｍａｘ−Ｍｉｎ），（Ｙ−θ）（Ｍａｘ−Ｍｉｎ））などが挙げられる。
ここでは、ウエハ投入再現性計測ファクタ[１]〜[８]のうち、計測に用いるものを選択する。例えば、上記表１に示されるウエハ投入再現性計測ファクタ[１]〜[８]のうち、［１］、［２］、［３］、［４］、［７］、［８］を指定する。また、本実施形態では、ロット処理中の投入再現性計測処理において、指定された評価ファクタの値が閾値を超えた場合には、正常に露光処理を行えないものと判断することもできる。したがって、ここでは、指定した評価ファクタに対する異常判定閾値も設定する。通常、閾値は、サーチアライメント領域、サーチマークの大きさ、前層の露光に用いられた処理システム１００における露光装置と、露光装置２００との装置間オフセットに基づき規定され、Ｙ、θ、Ｘの３σの閾値は、例えば１５［μｍ］程度、Ｙ、θ、Ｘの（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）の閾値は、例えば３０［μｍ］程度が設定される。
次のステップ８２８では、ウエハ投入再現性の評価ファクタについて計測結果が閾値を超えた場合の動作を設定する。すなわち、上記ステップ８２０で指定したウエハ投入再現性評価ファクタのいずれか１つが閾値を超過した場合に、露光装置２００の不図示の表示装置においてエラーメッセージを表示するか、いずれの評価ファクタにおいて異常が発生したか、その異常値が幾つであるかなど、具体的な情報が記録された詳細レポートを例えば露光工程管理コントローラ５００に通知するか否か、異常が発生した場合でもそのままロット処理継続するか否か、メンテナンスモードに切り替えるか否かなどの動作を指定できるようにする。
次のステップ８３０では、サーチ計測位置自動調整機能の設定では、ウエハ投入再現性の３σ、Ｍａｘ−Ｍｉｎ、平均の値に応じて、サーチアライメントマークの計測位置を自動で調整するか否かを指定する。
次のステップ８３２では、サーチアライメントマークの検出エラー（サーチ誤検出エラー）が発生した場合の動作を設定する。ここでは、例えば、サーチ誤検出エラー発生時に不図示の表示装置にエラーメッセージを表示するか否か、ウエハＷの中心位置及び回転量などの詳細情報を具体的に記録した詳細レポートを露光工程管理コントローラ５００に通知するか否か、サーチ誤検出エラーが発生した場合でもそのままロット処理継続するか否か、メンテナンスモードに切り替えるか否か、ウエハＷのプリアライメント及びロードを自動的にリトライするか否か、サーチアライメントマークの計測位置の自動調整を行なっていなかった場合にはリトライ時にこれを行うか否か、サーチアライメントマークの計測位置の自動調整をすでに行っていた場合には、サーチアライメントマークの計測位置の自動調整を規定する各種パラメータの自動修正を行うか否かなどの各種動作を指定する。
ここで、サーチアライメントマークの計測位置の自動調整について説明する。ある程度の枚数のウエハＷに対し、ウエハ投入再現性の計測を行った場合には、それら評価ファクタと、サーチアライメントマークの位置とにある種の因果関係を見出すことができる場合には、ウエハ投入再現性の計測結果から、サーチアライメントマークの位置をある程度まで予測することができる。これにより、サーチアライメントマークを計測する際のサーチ計測位置や範囲を自動修正することができる。例えば、これまでに投入されたウエハＷでのウエハ投入再現性計測結果である平均値、３σ、最大値−最小値などと、サーチアライメントマークの位置との関係から、最小二乗法などの所定の統計的手法を用いて、今回投入されたウエハＷでの各マークのサーチ計測位置の変動を予測するための変動予測式を作成し、その変動予測式から、今回のウエハＷでの各サーチアライメントマークの位置を予測し、その位置を考慮して、サーチマークの計測範囲を決定するようにしてもよい。このサーチアライメントマークの自動調整は、次層露光装置（すなわち本実施形態では、露光装置２００）のＣ．オフセット、Ｄ．投入再現性等を低減することにほかならない。
以上の設計シーケンスの完了後、上記ステップ８２０において投入再現性計測を行うように設定されていた場合には、実際にウエハプロセスにおいて、露光装置２００にウエハが投入される度に、上記補正条件その１、その２に基づいて、サーチアライメントマークの位置計測結果を規格化し（規格化工程）、規格化された位置計測結果に基づいて、露光装置２００に投入されたウエハの投入再現性を計測する（再現性計測工程）。これらの処理は、サーチアライメントが行われた後又はファインアライメントの結果を用いてマーク位置の規格化を行う場合には、ファインアライメントが行われた後に実行される。
また、この投入再現性計測処理において、指定された評価ファクタが閾値を超え、ウエハ投入再現性の異常を検知した場合には、上記条件設定シーケンスでの設定に基づいた処理を行う。例えば、ロット処理の停止、メンテナンスの実行が設定されていた場合には、プロセスを停止し、装置のメンテナンスを行う。このメンテナンスでは、投入アーム３６及びセンタテーブル３０の安定性、投入アーム３６とセンタテーブル３０の平行度、センタテーブル３０とウエハホルダ１８との平行度、プリアライメント画像計測装置の調整（プリアライメントの光学系の調整含む）、背景板の傾斜調整、ウエハのたわみなどの検査を行う。これらの検査で異常が見つからなかった場合には、上記表１及び表２に示されるウエハ投入パラメータの調整（例えば、センタテーブル３０と投入アーム３６のバキューム状態の変動調整）を行うようにしてもよい。
なお、ウエハ方向が６時の場合と、３時の場合とでは、ウエハＷの投入再現性に違いがあるのが一般的なので、それぞれの場合での投入再現性を別々に評価するのが望ましい。
これまでの説明からも明らかなように、ステップ６２４、ステップ６２６、ステップ６３２、ステップ６３４（図１５）が、事前計測工程に対応し、ステップＳ１３（図９参照）が、本計測工程に対応し、ステップＳ１４のウエハロード又はステップＳ１５のサーチアライメント（図９参照）において行われる、事前計測されたサーチアライメントマークの位置ずれ量に応じたウエハステージＷＳＴの位置の調整が、調整工程に対応する。また、ステップＳ１５のサーチアライメント（図９参照）がマーク計測工程及び投入後判断工程に対応する。また、ステップ６２８，６３０，６３６，６３８（図１５）が評価工程に対応し、ステップ６４２（図１６参照）が最適化工程に対応し、ステップ６４０（図１６参照）が最適化前判断工程に対応し、ステップ６４４（図１６参照）が最適化後判断工程に対応し、ステップ６５０（図１６参照）が除外工程に対応する。
また、本実施形態では、図１の解析システム６００が解析装置に対応し、図２のアライメント系ＡＬＧがマーク計測装置に対応し、図１のインライン計測器４００又はオフライン計測機８００が事前計測装置、評価装置に対応し、図２のプリアライメント装置３２が外縁計測装置に対応し、図２の主制御装置２０が調整装置、規格化装置、再現性計測装置、導出装置等に対応する。
以上詳細に述べたように、本実施形態によれば、露光装置２００へのウエハＷの投入時に、プリアライメント装置３２におけるプリアライメント計測工程において、ウエハＷの被計測面の外縁（エッジ）の少なくとも一部を検出する。そして、その検出結果に基づいて、ウエハＷの被計測面（例えば、ショット領域が形成されるウエハＷの表面）に略平行な２次元座標系であってウエハＷのエッジ上の少なくとも１つの基準点（例えばノッチ中心位置）により規定される外形基準座標系（Ｘ’Ｙ’座標系）でのウエハＷの位置情報を計測する。そして、その計測結果に基づいてウエハＷのプリアライメントを行うような場合に、ウエハＷを露光装置２００に投入する前に、プリアライメントに先立って、インライン計測器４００又はオフライン計測機８００における事前計測工程において、露光装置２００とは独立して、ウエハＷのエッジの少なくとも一部とウエハＷの被計測面上に形成された少なくとも２つのサーチアライメントマークＳＹＭ、ＳＹθとを検出し、その検出結果に基づいて、外形基準座標系（Ｘ’Ｙ’座標系）での各サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳＹθの位置座標の計測を事前に行う。
さらに、プリアライメントにより露光装置２００へ投入されるウエハＷと、ウエハＷ上の各サーチアライメントマークＳＹＭ，ＳθＭの位置を計測するアライメント系ＡＬＧの計測視野とのＸＹ座標系における相対位置を、インライン計測器４００等の事前計測結果に基づいて調整する。このようにすれば、露光装置２００へ投入されたウエハＷ上のサーチアライメントマークを、アライメント系ＡＬＧの計測視野内に必ず位置させることができるようになるので、サーチアライメントマークの位置を確実に計測することができるようになり、そのマーク位置の計測結果に基づいて高精度な露光を実現することができる。
なお、本実施形態では、露光装置２００におけるプリアライメント装置３２では、前記物体のエッジ上の外形的特徴部（本実施形態ではノッチ）に対応する少なくとも１つの特定点を基準点としたときに得られるウエハＷの中心位置及び回転量により規定されるＸ’Ｙ’座標系を外形基準座標系として、ウエハＷのプリアライメントを行ったが、本実施形態のような処理システム１００において設置されているすべての露光装置が、プリアライメントの際の基準となる外形基準座標系として、ノッチ基準の座標系を採用しているとは限らない。例えば、露光装置の中には、プリアライメントの際に、ウエハＷのエッジ上の少なくとも４つの点（３つの撮像視野ＶＡ〜ＶＣの中から得られるものであり、そのうち、少なくとも３つの点は、各視野ＶＡ〜ＶＣからそれぞれ得られる点）を検出し、各検出点を基準点として統計的手法により求められるウエハの中心位置及び回転量により規定される座標系を、外形基準座標系とする装置も存在することもある。このように、処理システム１００内に、外形基準座標系の規定が異なる露光装置を含む場合には、同一のウエハであっても、各層によって外形基準座標系そのものが異なったものとなり、ウエハＷ上に形成されるサーチアライメントマークの位置もずれるようになる。したがって、前層露光装置と、次層露光装置とで、ウエハの外形の検出方法が異なり、外形基準座標系が異なったものとなる場合には、それだけサーチ誤検出エラーを発生させる可能性が高くなる。例えば前層露光装置と次層露光装置との一方が、本実施形態で説明したようなプリアライメント系によるウエハ外形の検出方式であり、他方が例えば特開昭６０−２１８８５３号公報及び対応する米国特許第４，９０７，０３５号明細書に開示されているような、ウエハエッジに対向して設けられたラインセンサを用いてウエハを回転させながら該ラインセンサでウエハ外形を検出する方式であったような場合である。本実施形態のようなインライン計測器４００等による外形基準座標系でのサーチアライメントマークの位置座標の事前計測は、このような場合に特に有効である。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
すなわち、インライン計測器１００では、前層の外形基準座標系の下で形成されたサーチアライメントマークに対し、今回の層を露光する露光装置で適用される外形基準座標系でのそのマークの設計上の位置からの位置ずれ量を計測することになる。したがって、今回の層を露光する露光装置では、そのずれ量に基づいてアライメント系ＡＬＧの撮像視野を補正すればよい。ただし、この場合、インライン計測器４００では、次層露光装置で適用される外形基準座標系でのサーチアライメントマークの位置座標の計測を行う必要がある。例えば、その露光装置が、少なくとも４点以上ウエハＷのエッジの検出点を基準点として統計的手法により求められるウエハの中心位置及び回転量により規定される座標系を外形基準座標系として採用している場合には、上記実施形態とは異なる方法により、（すなわち、これからウエハＷを露光する露光装置での外形基準座標系での）マークのずれ量の計測を行わなければならない。なお、上述の本実施形態では、プリアライメントの際に、ウエハＷのエッジ上の少なくとも４つの点を検出するものとして説明したが、本発明はこれに限られず、少なくとも３つの点を検出してウエハの中心位置、回転量を求めるようにしてもよい。
インライン計測器４００では、この場合の計測のためにターンテーブルＴＴを備えている。すなわち、インライン計測４００では、図８（Ａ）に示される状態から、ステージ装置ＩＳＴは停止させたままで、ターンテーブルＴＴを所定ピッチで回転させ、その都度、事前計測センサ４１０により、ウエハＷのエッジを検出する。すなわち、各回転量での検出結果からウエハＷの円周方向に沿って各回転量に対応するエッジ位置を計測し、それをＸＹ座標系に展開すると、ＸＹ座標系におけるウエハＷの円周に沿った多数のエッジ点が求まる。そこで、この最小二乗法などの所定の統計的手法を用いて円形であるウエハＷの外形を決定し、決定されたウエハＷの外形（ノッチ位置を含む）から、ウエハＷの中心位置及び回転量を算出し、その算出結果に基づいて外形基準座標系を決定すればよい。
なお、このように、露光装置間の外形基準座標系の規定の違いによるサーチアライメントマークの位置ずれのみに着目する場合には、その位置ずれ量は、ロット内でほぼ同じであるとみなすことができるので、ロット内の全てのウエハＷでなくロット先頭のウエハＷだけインライン計測器４００による事前計測を行うようにしても良い。このようにすれば、事前計測に時間的な制限がある場合にはスループットの観点から特に有効である。
また、本実施形態では、サーチアライメントにおいて、露光装置２００に投入されたウエハＷ上の各サーチアライメントマークの位置計測を行った後、そのサーチアライメントマーク位置の計測位置が、所定範囲を外れている場合には、ウエハ投入異常とした。このように、事前計測により外形基準座標系でのサーチアライメントマークの設計位置からの位置ずれ量を考慮してサーチアライメントマーク計測を行っても、なおかつサーチマークの位置が大きくずれていた場合には、ウエハ投入異常が発生したものとみなすことができる蓋然性が高くなる。
また、本実施形態では、露光装置でのプリアライメントに先立って、事前にインライン計測器４００又はオフライン計測機８００を用いて、ウエハＷのエッジの計測を行って、そのウエハＷのエッジの最適な計測条件を求めている。このようにすれば、露光装置において、常に最適な計測条件の下でプリアライメント計測を行うことができるので、エッジ検出エラーの発生の低減及びアライメント精度の向上を図ることができる。
さらに、本実施形態では、ウエハＷの外形基準座標系でのサーチアライメントマークの設計位置からの位置ずれ量を、サーチアライメントマーク計測結果から差し引くことにより、通常のロット処理中に異なるウエハ間でのウエハ投入再現性計測を可能としている。
また、そのウエハＷの投入再現性とサーチアライメントマークの位置の計測結果とを記憶装置２１にロギングすることにより、その投入再現性の評価ファクタと、サーチアライメントマークの位置との間に因果関係が認められる場合には、その関係に基づいたサーチアライメントマークの位置の変動予測式を所定の統計的手法を用いるなどして作成し、作成された変動予測式を用いて、次に投入されるウエハＷ上のサーチアライメントマークの位置を予測することにより、ロット処理中のサーチアライメントマークの計測位置の自動調整などを行うことができる。そのため、サーチ誤検出エラーの発生の低減及びアライメント精度の向上を実現することができる。また、上記変動予測式は、サーチアライメントマークの計測位置の調整だけでなく、ウエハＷの搬送系（上記実施形態では、投入アーム３６やセンタテーブル３０）の調整時期の最適化に用いることも可能である。
また、処理システム１００に設けられている露光装置によっては、ウエハＷを投入した後にサーチアライメントを行わず、そのままウエハアライメント処理を行う場合もある。このような露光装置を用いてウエハＷの露光を行う場合、インライン計測器４００における事前計測処理では、サーチアライメントマークＳＹＭ、ＳＹθではなく、ファインアライメントマークの位置座標を計測しておき、ウエハＷをその露光装置に投入した後は、ファインアライメントにおいてファインアライメントマークを計測する際に、アライメント系ＡＬＧの計測視野をインライン計測器４００の事前計測結果に基づいて補正するようにしても良い。
［インライン計測器等の撮像方式］
また、上記実施形態では、インライン計測器４００やプリアライメント装置３２においては、落射照明方式を採用したが、これには限られない。例えば、図２０に示されるような、受光系と照明系をウエハＷをはさんで反対の方向に配置する透過照明方式を採用しても構わない（照明系はミラー５４’を備える）。この透過照明方式を採用すれば、撮像結果へのウエハＷの端面の形状の影響を低減することが可能となる。しかしながら、配置スペースの都合や、ウエハＷのエッジを検出する光学系と、サーチアライメントマークを検出する光学系の共通化などの観点からすれば、上記実施形態のような落射照明方式の方が望ましい。
また、上記実施形態では、インライン計測器４００では、光学変倍系を備えた１つの事前計測センサと、ＸＹ平面内を移動可能なステージ装置ＩＳＴとの構成により、ウエハＷの３箇所のエッジと、ウエハＷ上のサーチアライメントマークを１つのセンサで計測する計測器であったが、これには限られない。例えば、プリアライメント装置３２と同等な構成を有する計測装置と、アライメント系ＡＬＧと同等な構成を有する計測装置とを備え、ウエハＷのエッジ３箇所を同時に計測する計測装置であっても良いし、ウエハＷのエッジと、ウエハＷ上のサーチアライメントマークとは別々のセンサで計測する計測装置であっても構わない。この場合、それぞれのセンサに、光学変倍系を備える必要はない。要は、露光装置が採用する外形基準座標系でのサーチアライメントマークの位置を計測可能な計測装置であればよい。また、プリアライメント装置３２に代えて、前述したような特開昭６０−２１８８５３号公報及び対応する米国特許第４，９０７，０３５号明細書に開示されているような構成のプリアライメント装置（ウエハを回転させながら１次元ラインセンサでウエハエッジを計測するタイプの装置）をウエハエッジ計測装置として使用するようにしてもよい。また、ウエハＷのエッジを計測する際には該ウエハエッジの２次元画像データを用い、ウエハＷ上のサーチアライメントマークを計測する際にはＸ／Ｙ各軸１次元の波形データを用いるものに限られるものではなく、ウエハエッジ計測、サーチアライメントマーク計測（ウエハ内のマーク計測）のいずれも、２次元データ、１次元データのどちらを使って計測してもよい。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、ウエハＷのエッジを検出する光学系と、サーチアライメントマークを検出する光学系とを共通化しない場合には、マークの位置を計測するセンサは、画像処理方式に基づくものには限られない。例えば、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）系のセンサであってもよい。ここで、ＬＳＡ系は、レーザ光をマークに照射して、回折・散乱された光を利用してマーク位置を計測する最も汎用性のあるセンサであり、従来から幅広いプロセスウエハに使用される。また、ＬＩＡ系は、回折格子状のマークに周波数をわず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て、その位相からマークの位置情報を検出するセンサであり、低段差や表面荒れウエハに有効に使用される。インライン計測器４００は、露光装置２００の場合と同様に、これらの３つの方式のセンサのうち、２つ以上のセンサを設けてそれぞれの特徴及び状況に応じて使い分けできるようにすることが望ましい。また、特開２００３−２２４０５７号公報及び対応する米国特許第６，７６２，１１１号明細書又は米国特許６，８３３，３０９号明細書に示されている、被計測マークの非対称性を測定するようなセンサを備えるようにしておいても良い。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、上記実施形態では、サーチアライメントマークの計測結果を用いて露光装置でのウエハの投入再現性の計測を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ウエハアライメントを行うためにショット領域に付設されたファインアライメントマークの計測結果を用いて、ウエハの投入再現性の計測を行ってもよい。
また、上記実施形態では、本発明を、ウエハのプリアライメント及びサーチアライメント、すなわちウエハのアライメントに適用する場合について述べたが、レチクルの搬送動作あるいはアライメント動作についても本発明を適用することができることはいうまでもない。
なお、ウエハのプリアライメント装置は、上記実施形態で説明したものに限らず、種々の形態のものを用いることができる。例えば、特開平９−３６２０２号公報の如く、ウエハステージＷＳＴ上に照明系を搭載し、ウエハステージＷＳＴが投入アーム３６の下に来てから、ウエハステージＷＳＴ上に搭載した照明系を用いてプリアライメントを行うような構成にしても良い。また、センタテーブル３０上、ウエハホルダ１８上又は投入アーム３６以外の搬送系に保持されたウエハＷに対し、プリアライメント計測が行えるようになっていても良い。このように、プリアライメント検出としては種々の手法を採ることができるが、いずれにしても露光動作が終了し、ウエハ交換のためウエハステージＷＳＴをウエハロード位置に移動させ、アンロード作業を行うのと並行してプリアライメント計測が行える。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
このように、ウエハのプリアライメント装置などによって構成されるプリアライメント機構には、様々な形態のものが考えられる。例えば図３（Ｃ）などに示されるようにウエハホルダ１８に対して出没可能なセンタテーブル３０を設けずに、ウエハステージＷＳＴやウエハホルダ１８に、投入アーム３６におけるフック部が通過可能な一対の凹溝及び切欠き部を形成し、投入アーム３６と、ウエハステージＷＳＴの協調動作で、投入アーム３６とウエハステージＷＳＴとを干渉させることなく、ウエハの受け渡しを行うようにしても良い。
なお、本明細書において、「アーム」とは、物体（上記実施形態ではウエハ）の搬送時にその保持に用いられる部材を含む広い概念である。また、上記実施形態では、ウエハＷのショット領域が形成される側の面、すなわち露光面が、「物体の被計測面」であったが、これはウエハＷの裏面であっても構わない。また、本明細書において「エッジ」とはウエハＷの外縁の少なくとも一部を意味する。
また、インライン計測器４００又はオフライン計測機８００においても、ウエハ外形エッジの計測を行う際のウエハＷの保持方法は、上記実施形態のものには限られない。例えば、ステージ装置ＩＳＴの構成は、適宜設計変更が可能であり、ステージ装置ＩＳＴ上にターンテーブルＴＴは無くてもよく、ウエハステージＷＳＴと同様の構成であってもよく、センタテーブル又はウエハホルダ上に保持されたウエハＷに対しそのエッジを計測するような構成であってもよい。また、ステージ装置ＩＳＴにウエハＷをロードする搬送系にウエハＷが保持された状態でそのウエハのエッジを計測するようにしても構わない。
ところで、通常装置運用中（プロセスウエハの露光処理シーケンス中）におけるウエハの投入再現性計測の手法としては、前述したようなインライン計測器４００の事前計測工程で得られた情報を使用する手法以外にも、インライン計測器を使用しないで（露光装置単体で）行う手法も考えられる。この手法について以下に詳述する。
図２１には、露光装置単体でウエハの投入再現性計測を行うのに好適な露光装置の概略構成が示されている。ここでは、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に挙げて説明する。なお、以下の説明においては、図２１中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハステージに対して平行となるように設定され、Ｚ軸がウエハステージに対して直交する方向（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向）に設定されている。図中のＸＹＺ直交座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
図２１において、照明光学系１は、水銀ランプやエキシマレーザ等からなる光源、フライアイレンズ、及びコンデンサレンズ等を備えて構成されている。照明光学系１から射出される照明光ＩＬは、マスクとしてのレチクルＲに照射され、レチクルＲに形成されているパターンが投影光学系ＰＬを介して例えば１／４又は１／５に縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハＷの各ショット領域（区画領域）に投影露光される。照明光ＩＬとしては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）が用いられる。また、投影光学系ＰＬは複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては照明光ＩＬの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択され、その残存収差が照明光ＩＬの波長で極力小さくなるように設計されている。
レチクルＲは、レチクル架台２上に載置されたレチクルステージ３上に保持されている。レチクルステージ３は、図示しないレチクル駆動系によりＸＹ平面内での並進移動及びθ方向（回転方向）への回転ができるように構成されている。レチクルステージ３の上端部にはＸ方向、Ｙ方向ともに移動鏡４が設置されており、移動鏡４とレチクル架台２上に固定されたレーザ干渉計５とによってレチクルステージ３のＸ方向及びＹ方向の位置が所定の分解能で常時検出され、同時にレチクルステージ３のＸＹ面内における回転角も検出されている。レーザ干渉計５の測定値はステージ制御装置１９に送られ、ステージ制御装置１９はその情報に基づいてレチクル架台２上の不図示のレチクル駆動系を制御する。また、ステージ制御装置１９から主制御装置２０にレーザ干渉計５の測定値の情報が供給されており、主制御装置２０はその情報に基づいてステージ制御装置１９を制御する構成となっている。
ウエハＷは、Ｘステージ６上の試料台７に設けられたウエハホルダ８上に真空吸着により保持される。試料台７はウエハＷの、投影光学系ＰＬ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９に支持され、Ｚチルト駆動部９はＸステージ６上に固定されている。Ｚチルト駆動部９は、３個のそれぞれＺ方向に変位するアクチュエータにより構成されている。また、Ｘステージ６はＹステージ１０上に載置され、Ｙステージ１０はウエハベース１１上に載置され、それぞれ図示しない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なっている。なお、図示は省略されているが、試料台７をＺ軸を中心として回転するための回転テーブルも設けられている。但し、回転テーブルは、ウエハステージ全体としての構成の簡略化、低重量化等により、ウエハＷの移動の高速化、高精度化等を図るために省略される場合がある。
また、試料台７の上端部にはＬ字型の移動鏡１２’が固定され、この移動鏡１２’と移動鏡１２’に対向して配置されたレーザ干渉計１３’とにより試料台７のＸ方向及びＹ方向の座標及び回転角が検出される。なお、図２１においては図示を簡略化しているが、移動鏡１２’はＸ軸に垂直な鏡面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な鏡面を有する平面鏡から構成されている。また、レーザ干渉計１３’は、Ｘ軸に沿って移動鏡１２’にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１２’にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計から構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、試料台７のＸ方向及びＹ方向の座標が計測され、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、試料台７のＸＹ平面内における回転角が計測される。
レーザ干渉計１３’の測定値はステージ制御装置１９に送られ、ステージ制御装置１９はその情報に基づいて不図示のウエハステージ駆動系を制御する。また、ステージ制御装置１９から主制御装置２０にレーザ干渉計１３’の測定値の情報が供給されており、主制御装置２０はその情報に基づいてステージ制御装置１９を制御する構成となっている。ウエハステージの近傍にはウエハＷの大まかな位置調整を行う第１プリアライメント装置３０’、ウエハ搬送装置３１’、及び第２プリアライメント装置３２’が配置されている（図２２参照）。
また、この露光装置は、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行うためのアライメントセンサを備えている。このアライメントセンサとして、例えばＴＴＬ（スルー・ザ・レ
ンズ）方式のアライメントセンサ１４’、オフアクシス方式のアライメントセンサ１５’’等が備えられている。アライメント時には、これらのアライメントセンサ１４，１５’の何れかによりウエハＷ上に形成された位置計測用のマーク（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計測し、その計測結果に基づいて主制御装置２０がステージ制御装置１９を制御して、前工程で形成されているパターンとレチクルＲのパターンとを正確に位置合わせする。
なお、ウエハＷ上にはウエハＷの大まかな位置情報を計測するために用いられるアライメントマーク（サーチアライメントマーク）とウエハＷの正確な位置情報を計測するために用いられるアライメントマーク（ファインアライメントマーク）とが形成されており、アライメントセンサ１５’による位置計測時には、サーチアライメントマークの位置情報を計測するサーチ計測を終えた後、ファインアライメントマークの位置情報を計測するファイン計測が行われる。
これらのアライメントセンサ１４’又は１５’からの計測結果は、主制御装置２０により制御されるアライメント制御系２２によって処理される。アライメント制御系２２は、アライメントセンサ１４’又は１５’から出力される計測結果を用いてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）演算を行い、ウエハＷ上のショット領域の配列を求める。ここで、ＥＧＡ演算とは、ウエハＷ上に設定された代表的な数個（３〜９個）のショット領域の各々に付随して形成されたアライメントマークをアライメントセンサ１４’又は１５’で計測して得られた計測結果を用いて統計演算を行ってウエハＷ上に設定された全てのショット領域の配列を高精度に求めるものである。
また、試料台７上にはウエハＷの表面と同じ高さの表面を有する基準マーク部材１６’が固定され、基準マーク部材１６’の表面にはアライメントの基準となるマーク（フィデューシャルマーク）が形成されている。以上のように、この露光装置は、ステージ制御装置１９及びアライメント制御系２２が主制御装置２０により制御され、主制御装置２０が露光装置の各部を統括的に制御して、所定のシーケンスで露光動作を行う構成となっている。
また、投影光学系ＰＬのウエハＷ側の端部付近には、５個のオフ・アクシス方式の２次元の画像処理装置１７ａ〜１７ｅが配置されている。これらの画像処理装置１７ａ〜１７ｅは、それぞれウエハＷが後述のようにウエハホルダ８の上方のローディングポジションに搬送されるときに、ウエハＷの外周部分のエッジ部及びウエハＷの表面の特徴部分を撮像するものである。画像処理装置１７ａ〜１７ｅのうち、ウエハＷの外周部分のエッジ部を撮像するのは画像処理装置１７ａ〜１７ｃであり、ウエハＷの表面の特徴部分を撮像するのは画像処理装置１７ｄ，１７ｅである。
ここで、ウエハＷの表面の特徴部分とは、例えばウエハＷの表面に形成されたパターン又はマークの内の他のパターン又はマークと区別することができるものをいう。従って、例えば画像処理装置１７ｄ，１７ｅの計測視野内に特徴的な形状を有するショット領域内の一部のパターンが配置されており、他のショット領域内に形成されたそのパターンが画像処理装置１７ｄ，１７ｅの計測視野内に配置される可能性が低い場合には、そのパターンは特徴部分になり得る。また、特徴部分は、ショット領域間に設けられるスクライブライン（ストリートライン）に形成されたパターンであっても良い。画像処理装置１７ｄ，１７ｅでウエハＷ上の異なる２箇所の特徴部分を撮像するのは、ウエハＷに対するパターンの回転を求めるためである。なお、ウエハＷ上には２箇所以上の特徴部分を設けてもよい。
画像処理装置１７ａ〜１７ｅからの撮像信号はアライメント制御系２２に供給される。
アライメント制御系２２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Ｗの位置誤差及び回転誤差、並びにウエハＷに形成されたパターンの形成誤差を算出する。これらの算出結果は第２プリアライメント装置３２’でのウエハＷの調整に用いられるとともに、主制御装置２０に出力されてウエハホルダ８上へのウエハＷの位置決め再現性を計測する際に用いられる。
次に、ウエハ搬送系及びウエハステージ上のウエハ受け渡し機構について、図２２を参照して説明する。図２２は、ウエハ受け渡し機構の構成の概略を示す斜視図である。ここで、ウエハステージとは、図２１に示されるウエハホルダ８、試料台７、Ｚチルト駆動部９、Ｘステージ６、Ｙステージ１０、及びウエハベース１１を総称するものである。図２２に示されるように、ウエハステージのＹ方向の上方には、ウエハＷの大まかな位置調整を行うための第１プリアライメント装置３０’、ウエハＷの搬送及び受け渡しを行うためのウエハ搬送装置３１’、及びウエハ搬送装置３１’によって搬送されたウエハＷをウエハホルダ８上に載置する際に位置調整を行うための第２プリアライメント装置３２’が設けられている。不図示のウエハ搬送装置から搬送されたウエハＷは、まず第１プリアライメント装置３０’に搬送されて大まかな位置調整が行われ、次にウエハ搬送装置３１’によって搬送されて第２プリアライメント装置３２’に受け渡され、次いで第２プリアライメント装置３２’によって位置調整が行われてウエハホルダ８上に載置される。
図２３（Ａ）は第１プリアライメント装置３０’の概略構成を示す側面図であり、図２３（Ｂ）は第１プリアライメント装置３０’で検出される検出信号の一例を示す図である。図２３（Ａ）に示されるように、第１プリアライメント装置３０’は、ターンテーブル３５及び偏心・方位センサ３６’を含んで構成される。偏心・方位センサ３６’はターンテーブル３５の近傍に設けられており、スリット状の光ビームＬＢ１をウエハＷの外周部に照射する投光部３６ａと、ウエハＷの外周部を通過した光ビームＬＢ１を受光して光電変換する受光部３６ｂとを備えている。この受光部３６ｂで検出された検出信号Ｓ１は主制御装置２０に供給される。
主制御装置２０は、この検出信号Ｓ１の変化量に基づいてターンテーブル３５上のウエハＷの回転量（方位）及び偏心量を求める。すなわち、ターンテーブル３５がウエハＷを吸着保持した状態で回転すると、ウエハＷの偏心及び基板の外形的な特徴部位としての切欠部（オリフラ又はノッチ）の存在によって偏心センサ３６’内を通過するウエハＷの幅が変化し、受光部３６ｂで受光される光ビームＬＢ１の光量が図２３（Ｂ）のように変化する。
検出信号Ｓ１は、ターンテーブル３５の回転角φに対して、正弦波状で、切欠部に対応する部分（図２３（Ｂ）において符号Ｐ１を付した部分）で高レベルとなるように変化する。主制御装置２０は、この検出信号Ｓ１の振幅の変化量Δからターンテーブル３５上におけるウエハＷの偏心量を求めるとともに、ターンテーブル３５の回転角φより偏心センサ３６’の中心に切欠部が位置しているときの回転角φ０を求める。そして、切欠部が所定の方向になるように回転させてターンテーブル３５を静止させる。また、主制御装置２０は、その偏心量の情報に基づいて、ウエハ搬送装置３１’に受け渡すときの位置を調整する。
図２２に戻り、ウエハ搬送装置３１’は、ロードアーム３７’、アンロードアーム３８’、スライダ３９’、並びにロードアーム３７’及びアンロードアーム３８’を駆動する不図示のアーム駆動系から構成されている。ロードアーム３７’及びアンロードアーム３８’は、略Ｕ字型の平板部を有し、それらの上表面にウエハＷが載置されるようになっている。ロードアーム３７’は第１プリアライメント装置３０’により位置調整されたウエハＷをスライダ３９’に沿って第２プリアライメント装置３２’まで搬送するアームであり、アンロードアーム３８’は露光済みのウエハＷをスライダ３９’に沿って第１プリアライメント装置３０’まで搬出するアームである。
第２プリアライメント装置３２’は、調整アーム４０と前述した画像処理装置１７ａ〜１７ｅとを含んで構成される。調整アーム４０は、上下方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されるとともに、Ｚ軸に平行な軸の周りで回転可能に構成されている。調整アーム４０は真空吸着用の吸着孔（不図示）が形成された腕部４０ａ’，４０ｂ’を備えており、ロードアーム３７’によって搬送されてきたウエハＷを腕部４０ａ’，４０ｂ’上に吸着保持する。画像処理装置１７ａ〜１７ｅは、調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持されるウエハＷに対して所定の位置関係となるように配置されている。図２１に示されるアライメント制御系２２は、画像処理装置１７ａ〜１７ｃから出力される撮像信号から調整アーム４０に保持されたウエハＷの検出対象のエッジ位置を求めて所定の演算処理を行って調整アーム４０上におけるウエハＷの回転角及びＸＹ面内の位置を計算し、調整アーム４０を制御してウエハＷの位置及び回転を調整する。
ウエハホルダ８の中央部にはセンタテーブル４１が設けられており、調整アーム４０によりＸＹ面内の位置及び回転が調整されたウエハＷは調整アーム４０が下方向（−Ｚ方向）に移動することによりセンタテーブル４１上に受け渡される。なお、第２プリアライメント装置３２’に設けられた調整アーム４０からセンタテーブル４１にウエハＷが受け渡されるときには、主制御装置２０は予め不図示のウエハステージ駆動系を制御して、センタテーブル４１が調整アーム４０の下方に配置されるようにウエハステージを移動させておく。
センタテーブル４１は、Ｘステージ６上に設けられた不図示の伸縮機構に支持され、試料台７及びウエハホルダ８の中央部に形成された貫通穴に遊嵌する円柱状又は円筒状の部材であり、伸縮機構の上下方向（Ｚ方向）への移動によりウエハＷの受け渡しを行う。センタテーブル４１の先端には真空吸着用の吸着孔又は吸着溝が設けられており、その先端はウエハＷの受け渡し時には調整アーム４０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８上に載置する際にはウエハホルダ８の表面より低い位置まで移動する。また、センタテーブル４１の先端を真空吸引することにより、センタテーブル４１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。
次に、画像処理装置１７ａ〜１７ｅの配置について説明する。図２４（Ａ）には、第２プリアライメント装置３２’が備える画像処理装置１７ａ〜１７ｅの配置が示されている。前述した通り、ウエハＷは第１プリアライメント装置３０’でＸＹ面内における位置及び回転が求められてウエハ搬送装置３１’に受け渡すときに位置調整が行われるため、調整アーム４０に受け渡されたときの位置ずれは僅か（例えば、位置ずれ量は数十μｍのオーダ、回転のずれ量は数百μｒａｄのオーダ）である。このため、ウエハＷと画像処理装置１７ａ〜１７ｅとの位置関係はほぼ図２４（Ａ）に示されるような関係となる。なお、図２４（Ａ）に示した画像処理装置１７ａ〜１７ｅの配置は、外周の一部にノッチＮが形成されたウエハＷに対するものである。
図２４（Ａ）に示されるように、ノッチＮが−Ｙ方向を向くようにウエハＷが調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持される場合には、画像処理装置１７ａはウエハＷのほぼ中心を通ってＹ軸に平行な線上のノッチＮが配置される位置の上方（＋Ｚ方向）に配置され、画像処理装置１７ｂ，１７ｃはウエハＷの外周（周辺部）の互いに異なる位置（例えば、ウエハＷの中心に関して画像処理装置１７ａとほぼ１２０°の角度をなす位置）の上方に配置されている。また、画像処理装置１７ｄ，１７ｅは、ウエハＷの表面に形成されたパターンの形状に応じて任意の位置の上方に配置される。なお、図２４（Ａ）に示されるウエハＷに対する画像処理装置１７ｄ，１７ｅの位置はあくまでも一例である。画像処理装置１７ａ〜１７ｅに設けられる受光部（図２５参照）の焦点は、調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持されたウエハＷ上に設定されている。
なお、図２４（Ｂ）に示されるように、ノッチＮが＋Ｘ方向を向くようにウエハＷが調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持される場合には、画像処理装置１７ａはウエハＷのほぼ中心を通ってＸ軸に平行な線上のノッチＮが配置される位置の上方に配置され、画像処理装置１７ｂ，１７ｃはウエハＷの外周（周辺部）の互いに異なる位置（例えば、ウエハＷの中心に関して画像処理装置１７ａとほぼ１２０°の角度をなす位置）の上方に配置されている。図２４（Ｂ）の例に場合においても、画像処理装置１７ｄ，１７ｅは、ウエハＷの表面に形成されたパターンの形状に応じて任意の位置の上方に配置される。また、図２４（Ｂ）に示す例において、画像処理装置１７ａ〜１７ｅに設けられる受光部の焦点も、調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持されたウエハＷ上に設定される。
次に、画像処理装置１７ａ〜１７ｅの構成及び動作について説明する。図２５には、画像処理装置１７ａ〜１７ｃの概略構成を示す側面図が示されている。なお、画像処理装置１７ａ〜１７ｃの基本的な構成はほぼ同一であるため、ここでは画像処理装置１７ａを例に挙げて説明する。図２５に示されるように、画像処理装置１７ａは、照明系５０’、受光系５１’及び拡散反射板５２’を含んで構成される。照明系５０’は、光源５３’及びコリメートレンズ５４’を含んで構成され、受光系５１’は、反射ミラー５５’、集光レンズ５６’及び撮像装置５７’を含んで構成される。
光源５３’は、ランプ又は発光ダイオード等により構成され、ウエハＷに塗布されているフォトレジストに対する感光性の弱い波長帯の照明光を射出する。コリメートレンズ５４’は、光源５３’から射出される照明光を平行光に変換する。拡散反射板５２’は、表面に凹凸が形成されており、入射する光を拡散反射させて照度を均一化するものである。この拡散反射板５２’は、不図示の駆動機構により移動可能に構成されており、第２プリアライメント装置３２’に設けられた調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上にウエハＷが保持された場合にはウエハＷとウエハホルダ８との間に介挿配置される。なお、画像処理装置１７ａ〜１７ｅによる撮像を終えると、拡散反射板５２’は調整アーム４０からセンタテーブル４１へ受け渡されたウエハＷをウエハホルダ８上に載置する際の動作を妨げない位置に退避される。
光源５３’及びコリメートレンズ５４’は、光源５３’からの照明光がウエハＷの端部に照射されず、且つウエハＷとウエハホルダ８との間に介挿配置された拡散反射板５２’の表面に照明光を斜め方向から照射可能な位置に配置されている。照明系５０’は、不図示の駆動系によって姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転）の調整が可能に構成されている。照明系５０’の姿勢を調整することにより、拡散反射板５２’に対する照明光の照射位置を変えることができる。光源５３’から射出されてコリメートレンズ５４’を介した照明光が拡散反射板５２’に照射されると、その拡散反射光によってウエハＷの外周の一部が下方（−Ｚ方向）から均一な照度で照明される。
反射ミラー５５’は、ウエハＷとウエハホルダ８との間に介挿配置された拡散反射板５２’及びウエハＷの端部の上方（＋Ｚ方向）に配置されており、拡散反射板５２’で拡散反射されてウエハＷの端部付近を通過した光を反射する。集光レンズ５６’は反射ミラー５５’で反射した光を集光し、撮像装置５７’の撮像面に結像させる。また、集光レンズ５６’は、撮像装置５７’の撮像面と調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持されたウエハＷの端部とを光学的に共役関係にしている。撮像装置５７’は、撮像面に形成される光学像（ウエハＷの外周部の一部の光学像）を撮像し、その撮像信号をアライメント制御系２２に出力する。ウエハＷの端部には均一の照度を有する照明光が照射されるため、ウエハＷの周辺部が鮮明に撮像される。
図２６は、画像処理装置１７ｄ，１７ｅの概略構成を示す側面図である。なお、画像処理装置１７ｄ，１７ｅの基本的な構成はほぼ同一であるため、ここでは画像処理装置１７ｄを例に挙げて説明する。図２６に示されるように、画像処理装置１７ｄは、照明系６０’及び受光系６１’を含んで構成される。照明系６０’は光源６３’、コンデンサレンズ６４’、及びハーフミラー６５’を含んで構成され、受光系６１’は反射ミラー６６’、集光レンズ６７’、及び撮像装置６８’を含んで構成される。照明系６０’に設けられる光源６３’は、図２５に示される光源５３’と同様のものでり、コンデンサレンズ６４’は光源６３’から射出された照明光を平行光束にするものである。
ハーフミラー６５’は、光源６３’から射出されてコンデンサレンズ６４’で平行光束にされた照明光を下方（−Ｚ方向）に反射してウエハＷの表面を落射照明する。反射ミラー６６’、集光レンズ６７’、及び撮像装置６８’は、図２５に示される反射ミラー５５’、集光レンズ５６’及び撮像装置５７’とそれぞれ同様のものである。図２５ではウエハＷの端部を拡散反射板５２’を用いて透過照明しているが、図２６ではウエハＷの内部をコンデンサレンズ６４’を用いて落射照明している。
次に、主制御装置２０で行われるウエハＷの投入再現性計測方法について説明する。ここでは、投影光学系ＰＬの側方に設けられたオフアクシス方式のアライメントセンサ１５’を用いて、第２プリアライメント装置３２’からセンタテーブル４１を介してウエハホルダ８上の所定の位置（所定の基準位置）に位置決めされたウエハＷに形成されているマーク（サーチアライメントマーク）の位置情報を計測することにより、ウエハＷの投入再現性の計測を行っている。
アライメントセンサ１５’によるサーチアライメントマークの位置計測は、ウエハホルダ８上に載置されたウエハＷに対して露光処理の一つの処理として通常行われる処理であり、しかもウエハＷの各々に対して必ず行われる処理である。また、ウエハＷの位置決め再現性の計測は、複数枚のウエハＷをウエハホルダ８上に順次配置してその位置情報を計測する必要があるが、通常の露光処理は複数枚のウエハＷからなるロットを単位として行われる。このため、本実施形態では露光処理を中断することなく、且つスループット（単位時間に露光処理することができるウエハＷの枚数）を低下させることなくウエハＷの位置決め再現性を計測することができる。
しかしながら、従来のような基準ウエハを用いずに、実際にデバイスパターンが転写されるウエハ（プロセスウエハ）を用いてウエハの位置決め再現性を計測する場合には、同一ロット内のウエハであってもウエハの外形形状、ウエハの変形状態、ウエハ上に形成されたマーク（パターン）の崩れ具合等は、均一とは限らず、ウエハ間で異なることが多い。従って、ウエハの位置決め再現性の計測結果にはこれらの要因よる誤差成分が必然的に含まれ、これらの誤差成分により位置決め再現性計測結果にばらつきを生じることになるので、これらを取り除く必要がある。そこで、この実施形態では、主要なものとして以下の２種類の誤差要因について以下のような規格化を行う。
（Ａ）ウエハ外形とウエハ上に形成されたパターンの位置との関係におけるウエハ間差の規格化
プロセスウエハの外形形状は各ウエハＷ毎に誤差を持っているため、各ウエハＷ間の外形差はウエハの位置決め再現性計測における誤差要因となる。これを取り除くため、本実施形態では、画像処理装置１７ａ〜１７ｅからの撮像信号を用いる。まず、外形基準座標系を規定する。「外形基準座標系」とは、ウエハ（基板）の外形を基準とする座標系であり、例えば、ウエハＷの表面に略平行な２次元座標系であって、ウエハの外縁（輪郭）上の少なくとも１つの基準点（例えば、ノッチ）により規定される座標系である。具体的には、調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上にウエハＷが保持されているときの画像処理装置１７ａ〜１７ｃによる撮像信号に基づいて求められた、ウエハＷの中心（ＸＹ面内の位置）と回転角により規定される座標系である。
次に、画像処理装置１７ｄ，１７ｅによる撮像信号に基づいて、ウエハＷ上に形成されている露光パターンの特徴部分を撮像した結果からウエハＷ上における当該特徴部分の位置を求め、これに基づき当該外形基準座標系における露光パターンの位置と傾きを算出する。次いで、アライメントセンサ１５’によるサーチマークの計測結果（Ｙ，θ，Ｘ）をウエハＷ毎の露光パターンの位置と傾きの差で補正することにより、ウエハＷ間でのウエハ外形差による位置決め再現性の計測結果のばらつきを規格化することができる。
この補正は、より具体的には、ロット処理先頭のウエハ（以下、先頭ウエハということがある）についての露光パターンの位置と傾きを基準とした、ロット処理２枚目以降の各ウエハについての露光パターンの位置と傾きの差分を、サーチマークの計測結果におけるずれ量に換算して、各ウエハについてのサーチマークの計測結果から差し引くことにより、なされる。なお、画像処理装置１７ｄ，１７ｅにより撮像される露光パターンの特徴部分は、第１軸方向（例えば、Ｙ方向）の座標が同じで、該第１軸方向に直交する第２軸方向（例えば、Ｘ方向）にある程度離れた２か所であることが望ましい。通常は、スクライブライン上、又は露光ショットマップの周辺から選定され、画像処理装置１７ｄ，１７ｅの計測視野内でユニークなパターンを使用する。
（Ｂ）ウエハの変形成分、及びサーチ計測に使用するマークの変形成分によるウエハ間差の規格化
プロセスウエハに形成された露光パターンやマークは、同一ロット内のウエハであっても、各ウエハの露光時の吸着状態や露光状態等の各種の要因により線形、非線形に変形することがある。このため、サーチマークの位置やその形状が各ウエハＷ間で異なることがあり、各ウエハＷ間のこのような変形成分の相違はウエハの位置決め再現性計測における誤差要因となるため、これを取り除く必要がある。これらの変形成分は、前述した外形基準座標系に対する、アライメント処理（図２７のＳ１６’，Ｓ１７’参照）で求められるウエハＷ上に配列形成されている複数のショット領域の配列座標系の各ウエハ間での相違に対応する。従って、サーチ計測（図２７のＳ１５’参照）において計測されたサーチアライメントマークの位置情報を、このアライメント処理で算出されたアライメント補正量で補正することにより、ウエハＷ間でのこれらの変形成分による位置決め再現性の計測結果のばらつきを規格化することができる。
アライメント処理において、ＥＧＡ演算として６パラメータ（ショット配列についての回転Θ、オフセットＯｘ，Ｏｙ、直交度Ω、倍率Γｘ，Γｙ）のものを用いることを前提にすると、この（Ｂ）の規格化に用いるアライメント補正量としては、上記（Ａ）の規格化を実施している場合には、オフセット成分及び回転成分については実質的に補正されているので、これらは用いず、倍率成分及び直交度成分の少なくとも一方を用いる。また、ＥＧＡ演算として１０パラメータ（上記の６パラメータに加えて、ショット領域についての回転θ、直交度ω、倍率γｘ，γｙ）のものを用いる場合には、ショットに関する補正量をも用いてもよく、ショットに関する補正量を用いるか否かは選択指定できるようにするとよい。さらに、上述の線形成分だけでなく、非線形成分（ランダム成分）をも考慮して高次のＥＧＡ演算を実施する場合には、これらをその選択に応じて用いるようにしてもよい。ここでは、アライメント補正量として、倍率成分、直交度成分、及びランダム成分を用いるものとする。
この補正は、より具体的には、ロット処理先頭のウエハ（以下、先頭ウエハということがある）についてのサーチマークの位置におけるアライメント補正量（倍率成分、直交度成分、及びランダム成分）を基準とした、ロット処理２枚目以降の各ウエハについてのアライメント補正量（倍率成分、直交度成分、及びランダム成分）の差分を、サーチマークの位置におけるずれ量に換算して、各ウエハについてのサーチマークの計測結果から差し引くことにより、なされる。なお、ランダム成分については、ウエハの位置決め再現性の精度と比較して無視できる程小さい場合が多いので、この場合には省略してもよい。但し、このランダム成分は、当該ウエハの位置決め再現性の計測に使用する際の計測データとしての適否の判断に用いるとよい。例えば、予め閾値を設定してランダム成分が該閾値を越えた場合には、これを異常ウエハとし、異常ウエハに係る計測データは、ウエハの位置決め再現性の計測には使用しないようにするとよい。
ここで、ウエハの位置決め再現性の評価ファクターについて説明する。主制御装置２０は、計測されたウエハＷの位置決め再現性の評価を以下の１２個の評価値を用いて行う。
（ １）Ｙ（３σ） ［μｍ］
（ ２）Ｙ（Max-Min） ［μｍ］
（ ３）Ｙ（平均） ［μｍ］
（ ４）θ（３σ） ［μｍ］
（ ５）θ（Max-Min） ［μｍ］
（ ６）θ（平均） ［μｍ］
（ ７）Ｙ−θ（３σ） ［μｍ］
（ ８）Ｙ−θ（Max-Min）［μｍ］
（ ９）Ｙ−θ（平均） ［μｍ］
（１０）Ｘ（３σ） ［μｍ］
（１１）Ｘ（Max-Min） ［μｍ］
（１２）Ｘ（平均） ［μｍ］
上記（１）〜（３）はサーチｙマークにおけるウエハＷの位置のばらつきを評価する評価値であり、（４）〜（６）はサーチθマークにおけるウエハＷの位置のばらつきを評価する評価値であり、（７）〜（９）は前記サーチｙマークとサーチθマークのｙ方向の検出位置の差のばらつきを評価する評価値であり、（１０）〜（１２）はサーチｘマークにおけるウエハＷの位置のばらつきを評価する評価値である。ここで、サーチｙマークとサーチθマークのｙ方向の設計座標は同じである。サーチ計測では、ｘ方向に所定距離はなれたサーチｙマークとサーチθマークの検出ｙ座標から、ウエハの回転量とウエハ中心ｙ位置を求め、サーチｘマークの検出ｘ座標からウエハ中心ｘ位置を求めている。各々のばらつきについては、３σ（σは標準偏差）、最大値（Max）と最小値（Min）との差、及び平均値を用いて評価される。
次に、この露光装置により行われる一連の露光処理について、図２７に示されるフローチャートを参照して説明する。露光処理が開始されると、まずウエハＷの位置決め再現性計測に関する条件設定が行われる（ステップＳ１１’）。この処理では、主制御装置２０が不図示の表示操作パネル又はコンピュータの画面に設定項目を表示し、オペレータが必要な設定項目を選択又は入力する作業が行われる。図２８は、ウエハＷの位置決め再現性計測に関する条件設定処理のフローチャートである。
処理が開始されると、最初にウエハＷの位置決め再現性計測動作モードの設定処理が行われる（ステップＳ２１’）。この処理では、オペレータによってウエハＷの位置決め再現性計測実行の有無、実行終了条件の有無、及びウエハＷの位置決め再現性計測を行うロット数又はウエハＷの枚数の設定が行われる。なお、実行終了条件の有無はウエハＷの位置決め再現性計測実行が有りと設定された場合にのみ設定され、ウエハＷの位置決め再現性計測を行うロット数若しくはウエハＷの枚数は、実行終了条件が有りと設定された場合のみ設定される。ウエハＷの枚数設定においては、異なるロットに跨っても良いか否かの設定も行われる。ここでは、上述したようにウエハＷ間のばらつきを規格化しているため、同一プロセス処理が施されたウエハＷであれば異なるロットに跨っていても位置決め再現性の計測が可能である。
次に、位置決め再現性計測回数の設定処理が行われる（ステップＳ２２’）。この処理では、オペレータによって位置決め再現性計測に用いるウエハＷの枚数の設定が行われる。３σの値を安定させるために、通常は１０枚以上であって１ロットに含まれるウエハＷの枚数（例えば、２５枚）以下を設定する。なお、位置決め再現性計測時に、実際に計測されたウエハＷの枚数が設定されたウエハＷの枚数を超えた場合には、時間的に古い計測結果が破棄されて順次新たな計測結果を用いて位置決め再現性の計測が行われる。
次いで、位置決め再現性計測基準ウエハの設定処理が行われる（ステップＳ２３’）。ここで、基準ウエハとは、ウエハＷ間のパターンの形成誤差のばらつきを規格化する際に基準とするウエハであり、従来技術で用いている基準ウエハとは全く異なるものである。通常は、ロット先頭のウエハＷが基準ウエハに設定されるが、本実施形態ではロット単位のみならずウエハの枚数を指定して位置決め再現性計測を行うことができるため、基準ウエハを設定する処理が設けられている。但し、基準ウエハを更新した場合には、位置決め再現性計測回数はリセットされる。
次に、位置決め再現性評価値の設定が行われる（ステップＳ２４’）。この処理では、オペレータによって計測されたウエハＷの位置決め再現性を評価するための評価値の設定が行われる。前述した１２個の評価値のうち、（１），（２），（４），（５），（１０），（１１）を指定するものとする。また、ここでは、指定した各評価値に対する異常判定閾値も設定する。通常、閾値はサーチ計測で用いる計測視野の大きさ、サーチマークの大きさ等に基づいて規定され、例えば３σに対しては１５［μｍ］程度が設定され、最大値（Max）と最小値（Min）との差に対しては３０［μｍ］程度が設定される。
次いで、位置決め再現性閾値超過時の設定が行われる（ステップＳ２５’）。この処理では、オペレータによって上記のステップＳ２４’で設定された評価値が同ステップで設定された閾値を超過したときに、露光装置に行わせるべき動作の設定が行われる。例えば、エラーメッセージの表示の有無、エラーレポート通知の有無、ロットに対する露光処理の継続実行の有無、メンテナンスモードへの切り換え実行の有無等を設定する。
次に、サーチ計測自動調整機能の設定が行われる（ステップＳ２６’）。この処理では、計測されたウエハＷの位置決め再現性の評価結果に応じて、サーチ計測位置を自動で調整するか否かの設定がオペレータによって行われる。すなわち、ウエハＷが所定の再現性をもって位置決めされなければウエハＷに形成されたサーチマークの位置情報を計測する際にサーチマークがアライメントセンサの計測視野外に配置されてしまい計測エラーが生じてしまう。このため、ウエハＷの位置決め再現性の傾向に応じて予めウエハＷの位置を調整することにより計測エラーの発生を防止するものである。
最後に、サーチ計測位置エラー発生時の設定が行われる（ステップＳ２７’）。この処理では、オペレータによってサーチ計測位置エラー発生時に露光装置に行わせるべき動作の設定が行われる。例えば、エラーメッセージの表示の有無、エラーレポート通知の有無、ロットに対する露光処理の継続実行の有無、メンテナンスモードへの切り換え実行の有無、自動リトライ機能の実行の有無、ステップＳ２６’で設定されたサーチ計測自動調整機能がオフである場合にはオンへの自動切替実行の有無、サーチ計測自動調整機能がオンである場合にはサーチ計測自動調整パラメータの自動修正の有無等を設定する。
ここで、サーチ計測自動調整パラメータの自動修正とは、位置決め再現性の計測結果からサーチ計測位置又はサーチ計測範囲を自動的に修正することをいう。この自動修正では、直前に計測したウエハＷの位置決め再現性の平均値又は各計測結果から最小二乗法に基づいて、これからサーチ計測を行うサーチマークのサーチ計測位置を予測し、その予測値を用いてサーチ計測位置を修正する。また、直前に計測したウエハＷの位置決め再現性計
測結果から、これからサーチ計測を行うサーチマークのサーチ計測範囲を予測し、その予測値を用いてサーチ計測位置を修正する。以上でウエハＷの位置決め再現性計測に関する条件設定は終了する。なお、本実施形態ではサーチ計測自動調整機能がオンに設定されているものとする。
条件設定処理が終了すると、例えば１ロット分のウエハを収容する不図示のウエハカセットから例えばロット先頭のウエハＷが取り出され、このウエハが不図示のウエハ搬送装置により第１プリアライメント装置３０’に搬送される。第１プリアライメント装置３０’は、ターンテーブル３５を回転させつつ偏心センサ３６’から出力される検出信号Ｓ１（図２３（Ｂ）参照）を主制御装置２０に出力する。主制御装置２０は検出信号Ｓ１の変化量に基づいて、ウエハＷの偏心量及び回転量を求める。そして、求めた偏心量及び回転量に基づいて、ウエハＷに形成されているノッチＮが所定の方向になるようにターンテーブル３５を回転させることにより、ウエハＷの回転量をターンテーブル３５上で補正する。
以上の処理を終えたウエハＷは、第１プリアライメント装置３０’からウエハ搬送装置３１’のロードアーム３７に受け渡される。このとき、主制御装置２０は上記の処理によって得られた偏心量の情報に基づいてウエハＷの位置調整を行った上でウエハＷをウエハ搬送装置３１’のロードアーム３７に受け渡す。ロードアーム３７’がスライダ３９’に沿って移動することによりウエハＷは第２プリアライメント装置３２’まで搬送される。
第２プリアライメント装置３２’に設けられた調整アーム４０は所定の高さ位置に位置決めされており、ロードアーム３７はウエハＷが調整アーム４０に設けられた腕部４０ａ’，４０ｂ’の上方の所定位置に配置されるまでウエハＷを搬送する。ロードアーム３７’による搬送が終了した時点で調整アーム４０が上方（＋Ｚ方向）に移動すると、ウエハＷが調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に吸着保持されるとともにロードアーム３７’から離間し、これによりウエハＷが調整アーム４０に受け渡される。
調整アーム４０上にウエハＷが受け渡されると、画像処理装置１７ａ〜１７ｃにより図２４（Ａ）又は図２４（Ｂ）に示されるウエハＷの外周（周辺部）の互いに異なる３箇所が撮像されてその画像信号がアライメント制御系２２に出力される。アライメント制御系２２はこれらの画像信号から調整アーム４０に保持されたウエハＷの検出対象のエッジ位置を求めて所定の演算処理を行って調整アーム４０上におけるウエハＷの回転角及びＸＹ面内の位置を計算する。ウエハＷの回転角はアライメント制御系２２が調整アーム４０をＺ軸周りで回転させることにより調整される。
ウエハＷのＸＹ面内の位置を示す位置情報はアライメント制御系２２から主制御装置２０に出力され、主制御装置２０がウエハステージのＸＹ面内の位置を調整することによりウエハＷに対するセンタテーブル４１の相対位置関係が微調整される。これにより、調整アーム４０上でウエハＷのＸＹ面における位置ずれが生じていても、ウエハＷをセンタテーブル４１に受け渡すことにより、調整アーム４０上でのウエハＷのＸＹ面における位置ずれが解消されることになる。また、画像処理装置１７ｄ，１７ｅによりウエハＷ表面の特徴部分が撮像されてその画像信号がアライメント制御系２２に出力され、ウエハＷ上における特徴部分の位置が求められる。この特徴部分の位置を示す位置情報は主制御装置２０に出力される。以上の処理によりウエハＷのプリアライメントが完了する（ステップＳ１２’）。
ウエハＷのプリアライメントが終了すると、調整アーム４０からセンタテーブル４１に受け渡されたウエハＷをウエハホルダ８上に位置決めする処理が行われる（ステップＳ１３’）。ここで、調整アーム４０からセンタテーブル４１にウエハＷを受け渡す動作、及びセンタテーブル４１上のウエハＷをウエハホルダ８上に位置決めする動作について詳細に説明する。
図２９は、調整アーム４０からセンタテーブル４１にウエハＷを受け渡す際の調整アーム４０の下降動作の一例を示す図である。なお、図２９に示されるグラフでは縦軸に調整アーム４０の下降速度をとり、横軸に調整アーム４０の下降Ｚ位置をとっている。ここで、下降Ｚ位置とは調整アーム４０を下降させたときのＺ方向の位置をいい、横軸を右側に行くに従って調整アーム４０は下降していることを意味する。
調整アーム４０からセンタテーブル４１にウエハＷを受け渡す際には、予めセンタテーブル４１を上方向（＋Ｚ方向）へ移動させて上死点（センタテーブル４１が最も上方向に移動できる位置）に配置しておく。センタテーブル４１を上死点に配置するのは安定性の面を考慮したためである。図２９において、位置Ｚ１が調整アーム４０からセンタテーブル４１へのウエハＷの受け渡し位置である。図２９に示されるように、ウエハＷの受け渡し前においては、下降速度を上昇させて高速で調整アーム４０を下降させている。
調整アーム４０の下降Ｚ位置が受け渡し位置Ｚ１に近づくと、下降速度を低下させて低速で調整アーム４０を下降させる。調整アーム４０が受け渡し位置Ｚ１に達すると、センタテーブル４１による吸着を開始するとともに調整アーム４０の吸着保持を解除することにより、調整アーム４０からセンタテーブル４１にウエハＷが受け渡される。その後、極力受け渡しに要する時間を短縮するために、再度調整アーム４０の下降速度を上昇させている。
図３０は、センタテーブル４１からウエハホルダ８にウエハＷを受け渡す際のセンタテーブル４１の下降動作の一例を示す図である。なお、図３０に示されるグラフでは縦軸にセンタテーブル４１の下降速度をとり、横軸にセンタテーブル４１の下降Ｚ位置をとっている。なお、図３０において、位置Ｚ０はウエハホルダ８の高さ位置である。センタテーブル４１からウエハホルダ８にウエハＷを受け渡す際には、図３０に示されるように、下降速度を上昇させて高速でセンタテーブル４１を下降させている。
センタテーブル４１の下降Ｚ位置がウエハホルダ８の高さ位置Ｚ０に近づくと下降速度を低下させて低速でセンタテーブル４１を下降させ、センタテーブル４１がウエハホルダ８の高さ位置Ｚ１に達すると、ウエハホルダ８による吸着を開始するとともにセンタテーブル４１の吸着保持を解除することにより、センタテーブル４１からウエハホルダ８にウエハＷが受け渡される。ウエハＷの受け渡しが終了するとウエハテーブル４１を減速して下降を停止させる。以上の動作によってウエハＷがウエハテーブルに位置決めされる。
図２７に戻り、ウエハホルダ８上におけるウエハＷの位置決めを終えると、位置決め再現性計測結果に基づいてウエハＷの位置を調整する処理が行われる（ステップＳ１４’）。ここでは、まだ位置決め再現性計測が行われていないため、この処理は省略されてサーチ計測が行われる（ステップＳ１５’）。サーチ計測ではウエハＷ上に形成されたサーチマークの位置情報をアライメントセンサ１５’で計測する。この計測結果は、主制御装置２０に出力されてウエハホルダ８上に位置決めされたウエハＷの大まかな位置を求めるために用いられるとともに、ウエハホルダ８上に位置決めされたウエハＷの位置決め再現性計測に用いられる。
サーチ計測が終了すると、次にファイン計測が行われる（ステップＳ１６’）。このファイン計測では、アライメントセンサ１５’を用いて、ウエハＷ上に設定された複数のショット領域のうちの所定数（３〜９個）のショット領域に付随して形成されたアライメントマーク（ファインアライメントマーク）が計測され、その計測結果がアライメント制御系２２に出力される。次いで、アライメント制御系２２がファイン計測の計測結果を用いてＥＧＡ演算することにより、ウエハＷに設定されたショット領域の配列を正確に求める。このショット領域の配列を示す情報及びＥＧＡ演算時に得られたショット領域の配列誤差等を示す情報は主制御装置２０に出力される（ステップＳ１７’）。
次いで、主制御装置２０はウエハホルダ８上に位置決めされるウエハＷの位置決め再現性の算出を行う（ステップＳ１８’）。この処理では、ステップＳ１５’で行われたサーチ計測による計測結果を用いてウエハＷの位置決め再現性を算出する。ここで、前述した通り、各ウエハ間差を規格化するため、主制御装置２０はこのサーチ計測結果から、前述した（Ａ）及び（Ｂ）の規格化処理を行う。
以上の処理を終えると、ステップＳ１７’で行われたＥＧＡ演算の結果に基づいて、ウエハＷ上に設定された各ショット領域の１つを露光位置（レチクルＲのパターンが投影される位置）に位置決めし、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンをウエハＷ上に転写する。１つのショット領域にパターンを転写すると、次に露光すべきショット領域を露光位置に配置してパターンを転写する。以下同様にして、ウエハＷ上に設定されたショット領域の全てを順次露光する。
ウエハＷ上の全てのショット領域に対する露光処理が終了したならば、ウエハホルダ８によるウエハＷの吸着保持を解除してセンタテーブル４１を上昇させて、処理済みのウエハＷをアンロードアーム３８’に受け渡して搬出する。主制御装置２０は次に露光処理すべきウエハＷが有るか否かを判断し（ステップＳ２０’）、有ると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）にはステップＳ１２’以降の処理を繰り返す。なお、図２７においては、便宜的に露光処理を終えた後に次に露光処理すべきウエハのプリアライメントが行われるように図示しているが、実際には前のウエハに対する露光処理を行っている最中に次のウエハのプリアライメントが行われる。
新たなウエハＷのプリアライメントが行われ（ステップＳ１２’）、ウエハホルダ８上に位置決めされると（ステップＳ１３’）、位置決め再現性計測結果に基づいてウエハＷの位置を調整する処理が行われる（ステップＳ１４’）。この処理では、位置決め再現性計測から得られるウエハＷの位置決め再現性の傾向に応じてウエハＷの位置を調整している。かかる調整を行うと、アライメントセンサ１５’を用いた計測エラーの発生を低減させることができる。
以上の処理が終了すると、サーチ計測（ステップＳ１５’）、ファイン計測（ステップＳ１６’）、及びＥＧＡ演算（ステップＳ１７’）が順次行われた後で、ウエハの位置決め再現性の算出が行われる（ステップＳ１８’）。ここで、ウエハホルダ８上に位置決めされているウエハＷは、ロット先頭のウエハＷではないため、ロット先頭のウエハＷを基準として規格化が行われる、以上の処理を順次繰り返して次に露光すべきウエハＷが無くなってステップＳ２０の判断結果が「ＮＯ」になると、一連の露光処理は終了する。
以上説明した通り、本実施形態によれば、露光処理中に通常行われるサーチ計測の計測結果を用いてウエハＷの位置決め再現性を計測しているため、ウエハの位置決め再現性チェックを露光処理を停止して別途行う必要がなく、露光処理効率を低下させることなくウエハＷの位置決め再現性を計測することができる。また、各ウエハＷ間における外形や変形のばらつきにより生じる誤差を除外するようにしたので、精度良くウエハＷの位置決め再現性を計測することができる。さらに、露光装置の運転中に常時、ウエハの位置決め再現性の計測を行うようにできるので、位置決め再現性が低下（悪化）してきた場合には、ウエハＷの搬送系などのメンテナンスの時期を予測することができ、再現性の悪化による装置の突然の停止を回避することができる。加えて、ウエハの位置決め再現性の傾向に応じて、サーチ計測におけるサーチアライメントマークの計測位置を自動調整することもできるので、計測エラーの発生を抑制することができる。このような自動調整を実施する場合において、ウエハＷの位置決め再現性を十分に良好に維持できる場合には、サーチアライメントを省略して、ファインアライメントを実施するようにすることも可能である。
次に、本発明の実施形態の変形例について説明する。図３１（Ａ）、図３１（Ｂ）は、第２プリアライメント装置３２’が備える画像処理装置１７ａ〜１７ｅの他の配置を示す図である。図３１（Ａ）に示す配置は、ウエハＷにオリエンテーションフラットＯＦが形成されている場合の配置である。図３１（Ａ）に示されるように、オリエンテーションフラットＯＦが−Ｙ方向を向くようにウエハＷが調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持される場合には、画像処理装置１７ａ，１７ｂはウエハＷに対して−Ｙ方向に配置されたオリエンテーションフラットＯＦの両端部を撮像する位置に配置され、画像処理装置１７ｃはオリエンテーションフラットＯＦ以外のウエハＷのエッジ部（図３１（Ａ）に示される例では、ウエハＷの＋Ｘ方向におけるエッジ部）を撮像する位置に配置される。
また、画像処理装置１７ｄ，１７ｅは、ウエハＷの表面に形成されたパターンの形状に応じて任意の位置の上方に配置される。なお、図３１（Ａ）に示されるウエハＷに対する画像処理装置１７ｄ，１７ｅの位置はあくまでも一例である。画像処理装置１７ａ〜１７ｅに設けられる受光部（図２５参照）の焦点は、調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持されたウエハＷ上に設定されている。
図３１（Ｂ）に示されるように、オリエンテーションフラットＯＦが＋Ｘ方向を向くようにウエハＷが調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持される場合には、画像処理装置１７ａ，１７ｂはウエハＷに対して＋Ｘ方向に配置されたオリエンテーションフラットＯＦの両端部を撮像する位置に配置され、画像処理装置１７ｃはオリエンテーションフラットＯＦ以外のウエハＷのエッジ部（図３１（Ｂ）に示す例では、ウエハＷの−Ｙ方向におけるエッジ部）を撮像する位置に配置される。図３１（Ｂ）に示す例の場合においても、画像処理装置１７ｄ，１７ｅは、ウエハＷの表面に形成されたパターンの形状に応じて任意の位置の上方に配置される。また、図３１（Ｂ）に示す例において、画像処理装置１７ａ〜１７ｅに設けられる受光部の焦点も、調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上に保持されたウエハＷ上に設定される。
なお、図２６に示した構成を有する画像処理装置１７ｄは図３２のように変形して、ウエハＷの外周部を撮像する画像処理装置１７ａ〜１７ｃとして用いることもできる。図３２は、画像処理装置１７ａ〜１７ｃの他の概略構成を示す側面図である。なお、画像処理装置１７ａ〜１７ｃの基本的な構成はほぼ同一であるため、ここでは画像処理装置１７ａを例に挙げて説明する。図３２に示されるように、画像処理装置１７ａは、受光系６１’に関しては、図６に示される画像処理装置１７ｄと同一構成である。但し、図３２に示される画像処理装置１７ａは、ウエハＷの端部からの反射光を撮像するため、照明系６０’の拡散板６４’と駆動式ミラー６５’の構成、及び背景板６２’を備える点が異なる。
背景板６２’は、黒セラミックス等の反射率が低い部材により形成されており、図２５に示される拡散反射板５２’と同様に不図示の駆動機構により移動可能に構成されて、第２プリアライメント装置３２’に設けられた調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上にウエハＷが保持された場合にはウエハＷとウエハホルダ８との間に介挿配置される。この背景板６２’は、画像処理装置１７ａ〜１７ｅによる撮像を終えると、調整アーム４０からセンタテーブル４１へ受け渡されたウエハＷをウエハホルダ８上に載置する際の動作を妨げない位置に退避される。図３２に示される画像処理装置１７ａは、拡散板６４’により光源６３’からの照明光を拡散させ、更に照明光の入射角を駆動式ミラー６５’により調整可能とすることで、ウエハＷの端部の広い領域に亘って照明光を照射することができる。また、反射率の低い背景板６２’を設けることで、ウエハＷの端部のコントラストを向上させることができる。
図３３は、画像処理装置１７ａ〜１７ｃの他の概略構成を示す側面図である。なお、画像処理装置１７ａ〜１７ｃの基本的な構成はほぼ同一であるため、ここでは画像処理装置１７ａを例に挙げて説明する。図３３に示されるように、画像処理装置１７ａは、照明系７０’、受光系７１’、及び背景板７２’を含んで構成される。照明系７０’は光源７３’及び拡散板７４’を含んで構成され、受光系７１’は反射ミラー７５’、集光レンズ７６’、及び撮像装置７７’を含んで構成される。照明系７０’に設けられる光源７３’は、図２５に示される光源５３’と同様のものであり、拡散板７４’は光源７３’から射出された照明光を拡散するものである。この拡散板７４’はウエハＷ上における均一な照明領域を拡げるために設けられる。
背景板７２’は、図３２に示される背景板６２’と同様に、黒セラミックス等の反射率が低い部材により形成されており、図２５に示される拡散反射板５２’と同様に不図示の駆動機構により移動可能に構成されて、第２プリアライメント装置３２’に設けられた調整アーム４０の腕部４０ａ’，４０ｂ’上にウエハＷが保持された場合にはウエハＷとウエハホルダ８との間に介挿配置される。なお、図３２に示される背景板６２’と同様に、背景板７２’は画像処理装置１７ａ〜１７ｅによる撮像を終えると、調整アーム４０からセンタテーブル４１へ受け渡されたウエハＷをウエハホルダ８上に載置する際の動作を妨げない位置に退避される。
光源７３’及び拡散板７４’は、光源７３’からの照明光がウエハＷの端部を斜め方向から照射される位置に配置されている。照明系７０’は、不図示の駆動系によって姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転）の調整が可能に構成されている。照明系７０’の姿勢を調整することにより、ウエハＷの端部に対する照明光の照射位置を変えることができる。反射ミラー７５’、集光レンズ７６’及び撮像装置７７’は、図２５に示される反射ミラー５５’、集光レンズ５６’及び撮像装置５７’とそれぞれ同様のものである。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上記実施形態では、第２プリアライメント装置３２’に設けられた調整アーム４０上でウエハＷの端部及び特徴部分を撮像するようにしているが、調整アーム４０を省いた構成として、センタテーブル４１上に保持されたウエハＷの端部及びウエハＷ表面の特徴部分を撮像するようにしてもよい。この構成の場合には、ウエハＷ表面の特徴部分を撮像する画像処理装置を１つだけとして、ウエハステージをＸＹ面内で移動させることにより異なる２箇所の特徴部分を撮像するようにしても良い。
また、上記実施形態では、第２プリアライメント装置３２’に設けられた調整アーム４０上でウエハＷの端部及び特徴部分を撮像するようにしているが、ウエハホルダ８上に載置されたウエハＷの端部及び特徴部分を撮像するようにしてもよい。この場合には、ウエハＷの外周を撮像する画像処理装置を１つだけとして、ウエハステージをＸＹ面内で移動させることにより異なる３箇所の外周部を撮像するようにしても良い。また、ウエハＷ表面の特徴部分を撮像する画像処理装置も１つだけとして、ウエハステージをＸＹ面内で移動させることにより異なる２箇所の特徴部分を撮像するようにしてもよい。さらに、同様にウエハの外周部３箇所の撮像と、特徴部分２箇所の撮像を単一の画像処理装置で行うようにしてもよい。ウエハステージは干渉計１３によって高精度に位置制御されているため、かかる計測が可能である。
上記実施形態では、投影光学系ＰＬの側方に設けられたアライメントセンサ１５’を用いてウエハＷに形成されたサーチアライメントマーク及びファインアライメントマークの位置情報を計測していたが、アライメントセンサ１４を用いて投影光学系ＰＬを介してこれらのマークの位置情報を計測しても良い。
また、上記実施形態では、露光用照明光としてＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｆ2レーザ光（１５７ｎｍ）などを用いる場合について説明したが、これに限らず、Ａｒ2エキシマレーザ（１２６ｎｍ）、銅蒸気レーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザなどの高調波等を露光用照明光として用いることができる。また、照明光として、例えば国際公開ＷＯ９９／４６８３５号に開示されているように、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
また、上記実施形態の露光装置において、投影光学系は縮小系、等倍あるいは拡大系のいずれを用いても良いし、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれであっても良い。なお、複数のレンズから構成される投影光学系を露光装置本体に組み込む。その後、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記各実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置について説明したが、本発明は、これらの投影露光装置の他、プロキシミティ方式の露光装置など他の露光装置にも適用できることはいうまでもない。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明を好適に適用することができる。また、例えば国際公開ＷＯ９８／２４１１５号、ＷＯ９８／４０７９１号に開示されるような、ウエハステージを２基備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。また、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号に開示される液浸法を用いる露光装置にも本発明を適用することができるのは勿論である。
また、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、有機ＥＬ、ＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、ＥＵＶ光（発振スペクトルが５〜１５ｎｍ（軟Ｘ線領域））、Ｘ線、あるいは、電子銃として熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ6）、タンタル（Ｔａ）を用いた電子線及びイオンビームなどの荷電粒子線を露光ビームとして用いる露光装置に本発明を適用しても良い。
また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
さらに、上記実施形態では、本発明を処理システムに適用した場合について説明したが、本発明は、搬送装置、計測装置、検査装置、試験装置、その他の物体の位置合わせを行う装置全般について適用が可能である。例えば、既述したような、計測装置（オフライン計測機８００）や、検査装置、試験装置、レーザリペア装置などは、それら装置（以下では、処理装置と称す）内に投入されたウエハ（露光装置で露光処理がなされてパターン形成されたウエハ、露光済みウエハ）を、該各処理装置内に設けられている位置合わせ装置で位置合わせしながら、各種の処理（計測処理、検査処理、試験処理、リペア処理）を行うものである。
これらの処理装置では、通常は、ウエハを外形計測した結果に基づいて、処理装置内に投入される際のウエハの向き（回転）及び投入位置を制御するようになっている。そして処理装置側では、処理装置内に投入されたウエハを、設計値（ウエハ上でのマーク配置やパターン配置などの設計上の位置情報）に基づいて移動することにより、処理装置内の所定の処理位置（装置内において上記処理を施す場所）にウエハ上の所望の位置を位置決めするようにしている。そこでこれら処理装置においてウエハ位置決めを行う場合に、上記実施形態上で説明したような処理を行えば、処理装置内の所定の処理位置にウエハ上の所望の位置を位置決めする際の位置決め精度を向上させることができる。
具体的には、露光装置に投入される前に事前計測器４００で計測した事前計測結果（ウエハ上で形成されているマークにおける、設計上のマーク位置と、ウエハ外形情報を鑑みた実際のマーク位置との間のオフセット情報など）を、上記各処理装置（オフライン計測機８００など）にも伝達してやり、処理装置側では上記設計値にこの伝達されたオフセット情報を加味した上で位置決め処理をしてやれば、より正確で高速な位置決めを行うことを可能とすることができる。この場合には、処理装置用のために新たな事前計測器を設けるのではなく、上述した事前計測器４００における事前計測結果を再利用（露光装置で利用した後で、他の処理装置でも利用）することになるので、コスト的にもスループット的にも効率的なシステムとして実現することができる。
またこれら処理装置においても、上述の実施例で述べたのと同様な手法で、投入再現性計測を行うように構成すれば、経時変化等に伴うウエハ投入再現性の低下の影響を受けない処理装置（処理システム）を実現することができる。
なお上述の事前計測結果の再利用として、次のような再利用方法も考えられる。上記実施例で説明した処理システムを例として説明する。
第Ｎレイヤを露光するためのレジストが塗布されたウエハを事前計測機４００で事前計測した事前計測情報を、その事前計測されたウエハ（以下、事前計測済みウエハと称す）のＩＤ（識別）情報とともに記憶装置（例えば露光装置２００や解析システム６００の内部に設けられた不図示のメモリなど）に記憶しておく。事前計測済みウエハは、その後、露光装置で第Ｎレイヤに対する露光処理を経た後に、露光装置から搬出されて、各種処理装置（Ｃ／Ｄ装置や、オフライン計測器など）での処理を施される。通常、１枚のウエハに対して複数のレイヤを重ね合わせることにより（Ｃ／Ｄ処理→露光処理→Ｃ／Ｄ処理→露光処理→…が繰り返されることにより）デバイス形成がなされるため、この事前計測済みウエハも第Ｎ＋１レイヤのためのレジストが塗布された後に再度露光装置での露光処理に供されることになる。この第Ｎ＋１レイヤを露光するために露光装置に事前計測済みウエハを投入する際には、上述の事前計測機４００により事前計測動作は行わずに（パスして）、その代わりに、第Ｎレイヤの露光の際に事前計測され上述の記憶装置に記憶されている事前計測情報（第Ｎレイヤにおける事前計測情報）の読み出しを行う。そしてこの読み出した情報を用いてウエハの位置決めを行いながら、第Ｎ＋１レイヤを露光する。
より具体的に説明すると、第１レイヤの露光の際に、第１レイヤ上に形成されているサーチアライメントマークのウエハ外形基準での位置情報（外形基準座標系での、サーチアライメントマークの位置座標）を事前計測しておき、上記記憶装置に記憶しておく。そして次に再度そのウエハが第２レイヤの露光のために露光装置に投入されることがレシピなどの情報から判断された場合には、第２レイヤに形成されているサーチアライメントマークの事前計測は行わずに、第１レイヤのサーチアライメントマークの事前計測結果（上記記憶装置に記憶されているもの）を用いて、事前計測済みのウエハの投入位置を決定する（計測装置の計測視野内に、第２レイヤのサーチアライメントマークを位置決めせしめる）ようにする。このように事前計測情報を再利用することで、事前計測に要する時間を短縮することができ、デバイス製造工程全体としてのスループットを向上させることができる。なお、この方式を実際に行う際には、第Ｎ＋１レイヤのファインアライメントマークと第Ｎレイヤのサーチアライメントマークとの間の位置ずれ誤差が、精度上要求される許容誤差範囲内であることが前提となる。このようなレイヤ（工程）間の位置ずれ誤差が許容範囲内であるか否かの情報は、予め実験（実測）やシミュレーション等で、各レイヤ（工程）間における位置ずれ誤差を求めておいてデータテーブルとして具備しておくことが望ましい。そしてデータテーブル上で許容範囲内の誤差であるレイヤである場合のみ、上記のような事前計測情報の再利用方法を採用すればよい。
複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
本発明の位置合わせ方法、処理システム、位置決め再現性計測方法、位置計測方法、露光方法、基板処理装置、計測方法及び計測装置は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、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に適している。

Claims (52)

  1. 物体に対して所定処理を行う処理装置に、少なくとも２つのマークがその被計測面に形成された物体を投入する前に、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部及び前記各マークを検出し、その検出結果に基づいて、前記被計測面に略平行な２次元座標系であって前記外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系での前記各マークの位置座標の計測を行う事前計測工程と；
    前記処理装置への前記物体の投入時の前記物体の位置合わせを行うために、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部を検出し、その検出結果に基づいて前記外形基準座標系での前記物体の位置情報を計測する本計測工程と；
    前記本計測工程の計測結果に基づいて前記処理装置へ投入される前記物体の、前記処理装置内に設けられ前記物体上の前記各マークの位置を計測するマーク計測装置の計測視野に対する前記２次元座標系における相対位置関係を、前記事前計測工程における計測結果に基づいて調整する調整工程と；を含む位置合わせ方法。
  2. 請求項１に記載の位置合わせ方法において、
    前記物体の被計測面の外縁の形状は略円形であり、
    前記外形基準座標系は、前記物体の外縁上の外形的特徴部に対応する少なくとも１つの特定点を基準点としたときに得られる前記物体の中心位置及び回転量により規定される座標系と、前記物体の外縁上の少なくとも３つの点を基準点として求められる前記物体の中心位置及び回転量により規定される座標系とのいずれか一方であり、
    前記事前計測工程では、
    前記本計測工程で適用される前記外形基準座標系での前記各マークの位置座標の計測を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
  3. 請求項１に記載の位置合わせ方法において、
    前記処理装置に投入された前記物体上の各マークの位置計測を行うマーク計測工程と；
    前記マーク計測工程の計測結果に基づいて、前記物体に対する所定処理を正常に行うことができるか否かを判断する投入後判断工程と；をさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  4. 請求項１に記載の位置合わせ方法において、
    前記本計測工程に先立って、前記事前計測工程における前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果を評価する評価工程と；
    前記事前計測工程における前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果と、前記評価工程における評価結果との少なくとも一方に基づいて、前記本計測工程における計測条件を最適化する最適化工程と；をさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  5. 請求項４に記載の位置合わせ方法において、
    前記評価工程では、
    前記所定の評価基準に従って、得点形式で前記検出結果を評価することを特徴とする位置合わせ方法。
  6. 請求項５に記載の位置合わせ方法において、
    前記評価工程では、
    前記検出結果における前記物体の外縁の検出状態に関する複数の特徴量を前記所定の評価基準とし、前記複数の特徴量の重み付け和を評価結果として算出することを特徴とする位置合わせ方法。
  7. 請求項６に記載の位置合わせ方法において、
    前記複数の特徴量には、前記検出結果から得られる前記物体の被計測面の外縁付近の明部と暗部のコントラストと、該コントラストのばらつきと、前記検出結果から得られる前記物体の外縁の曲率と、前記検出結果から得られる前記外縁と該外縁の近似曲線とのばらつきとの少なくとも１つが含まれることを特徴とする位置合わせ方法。
  8. 請求項４に記載の位置合わせ方法において、
    前記本計測工程に先立って、前記検出結果の得点に基づいて正常に前記物体の外縁の検出が行われたか否かを判断する最適化前判断工程をさらに含み、
    前記最適化工程では、
    前記判断が否定された場合には、前記事前計測工程における前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果に基づいて、前記計測条件の最適化を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
  9. 請求項８に記載の位置合わせ方法において、
    前記最適化工程を行った後、
    前記処理装置に投入される前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果を再度評価し、その評価結果に基づいて、前記物体に対する所定処理を正常に行うことができるか否かを判断する最適化後判断工程と；をさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  10. 請求項９に記載の位置合わせ方法において、
    複数の物体から成る物体群に含まれる各物体に対して順次前記各工程を行い、
    前記最適化後判断工程において正常に所定処理を行うことができないと判断された物体の数が所定数を超えた場合には、前記物体群に含まれる物体をすべて除外する除外工程をさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  11. 請求項４に記載の位置合わせ方法において、
    同一の前記物体に対する、前記事前計測工程における前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果に対する評価結果と、前記本計測工程における前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果に対する評価結果とを整合させる整合工程をさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  12. 請求項４に記載の位置合わせ方法において、
    前記処理装置及び前記処理装置とは独立して動作する解析装置の少なくとも一方で前記最適化工程を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
  13. 請求項４に記載の位置合わせ方法において、
    前記計測条件には、計測時の照明条件、計測繰り返し数、計測に用いられる撮像装置における撮像倍率及び位置計測アルゴリズムの少なくとも１つを含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  14. 請求項１に記載の位置合わせ方法において、
    複数の異なる物体それぞれに対して順次前記各工程を行い、
    前記事前計測工程における前記外形基準座標系での前記各マークの位置座標に基づいて、前記マーク計測工程の位置計測結果を規格化する規格化工程と；
    前記規格化された位置計測結果に基づいて、前記処理装置へ投入された前記物体の、前記マーク計測装置の計測視野に対する相対的な位置関係の再現性を計測する再現性計測工程と；をさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  15. 請求項１４に記載の位置合わせ方法において、
    前記物体上には、マトリクス状に形成された複数の区画領域と、各区画領域に付設されたファインアライメントマークと、該ファインアライメントマークを探索するためのサーチアライメントマークとが形成されており、
    前記事前計測工程により計測される各マークをサーチアライメントマークとし、
    前記処理装置に投入された前記物体上に形成された同一直線上にない少なくとも３つのファインアライメントマークの位置計測結果に基づいて、所定の統計的手法を用いて、前記物体上の前記複数の区画領域の配列により規定される配列座標系を検出する検出工程をさらに含み、
    前記規格化工程では、
    前記外形基準座標系に対する前記配列座標系の倍率成分または直交成分のいずれか一方、または両方に基づいて、前記マーク計測工程の計測結果をさらに規格化することを特徴とする位置合わせ方法。
  16. 請求項１５に記載の位置合わせ方法において、
    前記検出工程では、
    前記配列座標系に対する前記各サーチアライメントマークの位置計測結果のランダム成分を求め、
    前記規格化工程では、
    前記ランダム成分に基づいて、前記マーク計測工程の計測結果をさらに規格化することを特徴とする位置合わせ方法。
  17. 請求項１６に記載の位置合わせ方法において、
    前記ランダム成分の大きさに基づいて、前記各マークの位置計測結果を再現性計測に用いるか否かを判断する再現性計測判断工程とをさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  18. 請求項１４に記載の位置合わせ方法において、
    前記規格化された前記マーク計測工程の位置計測結果のばらつきに基づいて前記物体の中心位置及び回転量の変動を予測するための変動予測式を導出する導出工程をさらに含み、
    前記調整工程では、
    前記変動予測式の計算結果に基づいて、前記処理装置へ投入される前記物体と、前記物体上の各マークの位置を計測するマーク計測装置の計測視野との相対位置関係を調整することを特徴とする位置合わせ方法。
  19. 請求項１４に記載の位置合わせ方法において、
    前記再現性計測工程では、
    その再現性の評価ファクタとして、投入後の前記物体の中心位置及び回転量の標準偏差、範囲及び平均に関する情報を用いることを特徴とする位置合わせ方法。
  20. 請求項１９に記載の位置合わせ方法において、
    前記評価ファクタの値に基づいて、その物体に対する所定処理が正常に行えるか否かを判断する工程をさらに含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  21. 請求項１に記載の位置合わせ方法において、
    前記物体に感光剤を塗布した後に、前記事前計測工程を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
  22. 請求項２１に記載の位置合わせ方法において、
    前記事前計測工程を行うタイミングを、所定処理及び現像が完了した前記物体上のパターンの計測を行うタイミングとずらすことを特徴とする位置合わせ方法。
  23. 請求項１に記載の位置合わせ方法において、
    前記処理装置は、前記物体としての感光基板を露光する露光装置であり、
    前記事前計測工程を行う計測装置は、前記露光装置とインライン接続されていることを特徴とする位置合わせ方法。
  24. 請求項２３に記載の位置合わせ方法において、
    前記処理装置は更に、前記露光装置での露光処理を経た後の露光済み感光基板に対して計測処理を行う計測装置、該露光済み基板を撮像して画像上で検査処理を行う検査装置、該露光済み感光基板に対して試験処理を行う試験装置、及び該露光済み感光基板に対して修復処理を行うレーザリペア装置のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする位置合わせ方法。
  25. 物体に対して所定処理を行う処理装置と；
    前記処理装置に投入された前記物体上に形成された少なくとも２つのマークの位置計測を行うマーク計測装置と；
    前記処理装置に、少なくとも２つのマークがその被計測面に形成された物体を投入する前に、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部及び前記各マークを検出し、その検出結果に基づいて、前記被計測面に略平行な２次元座標系であって前記物体の外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系での前記各マークの位置座標の計測を行う事前計測装置と；
    前記処理装置への前記物体の投入時の前記物体の位置合わせを行うために、前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部を検出し、その検出結果に基づいて前記外形基準座標系での前記物体の位置情報を計測する外縁計測装置と；
    前記外縁計測装置の計測結果に基づいて処理装置へ投入される前記物体の、前記マーク計測装置の計測視野に対する前記２次元座標系における相対位置関係を、前記事前計測装置の計測結果に基づいて調整する調整装置と；を備える処理システム。
  26. 請求項２５に記載の処理システムにおいて、
    前記事前計測装置による前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果を評価する評価装置と；
    前記事前計測装置による前記物体の被計測面の外縁の少なくとも一部の検出結果と、前記評価装置び評価結果との少なくとも一方に基づいて、前記外縁計測装置での計測条件を最適化する最適化装置と；をさらに備えることを特徴とする処理システム。
  27. 請求項２６に記載の処理システムにおいて、
    前記事前計測装置における前記外形基準座標系での前記各マークの位置座標に基づいて、前記マーク計測装置の位置計測結果を規格化する規格化装置と；
    前記規格化された位置計測結果に基づいて、前記処理装置へ投入された前記物体の位置合わせの再現性を計測する再現性計測装置と；をさらに備えることを特徴とする処理システム。
  28. 請求項２５に記載の処理システムにおいて、
    前記規格化された前記マーク計測装置の位置計測結果のばらつきに基づいて前記物体の中心位置及び回転量の変動を予測するための変動予測式を導出する導出装置をさらに備え、
    前記調整装置は、
    前記変動予測式の計算結果に基づいて、前記処理装置へ投入される前記物体の、前記物体上の各マークの位置を計測する計測装置の計測視野に対する相対位置関係を、調整することを特徴とする処理システム。
  29. 請求項２５に記載の処理システムにおいて、
    前記処理装置は前記物体としての感光基板を露光する露光装置であり、
    前記事前計測装置は、前記露光装置とインライン接続されていることを特徴とする処理システム。
  30. 請求項２９に記載の処理システムにおいて、
    前記処理装置は更に、前記露光装置での露光処理を経た後の露光済み感光基板に対して計測処理を行う計測装置、該露光済み基板を撮像して画像上で検査処理を行う検査装置、該露光済み感光基板に対して試験処理を行う試験装置、及び該露光済み感光基板に対して修復処理を行うレーザリペア装置のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする処理システム。
  31. 基板処理装置内に設けられた基準位置に投入される基板の投入位置の再現性を計測する基板の投入再現性計測方法であって、
    デバイスパターンが順次転写されるべき複数枚の前記基板を前記基準位置に順次位置決めする位置決め工程と；
    前記基準位置に投入された前記基板上に形成されているマークの位置情報を、前記基板処理装置内に設けられた計測器で順次計測する計測工程と；
    前記計測工程の計測結果に基づいて前記投入再現性を算出する算出工程と；を有することを特徴とする基板の投入再現性計測方法。
  32. 請求項３１に記載の基板の投入再現性計測方法において、
    前記複数の基板間における各基板の外形形状の相違に基づく前記計測工程の計測結果のばらつきを規格化する規格化工程を更に有し、
    前記規格化工程での規格化結果に基づいて、前記投入再現性を算出することを特徴とする基板の投入再現性計測方法。
  33. 請求項３２に記載の基板の投入再現性計測方法において、
    前記基板上には前記マークが複数設けられており、
    前記規格化工程は、
    前記基板の輪郭を計測し、該計測結果に基づいて、前記基板表面にほぼ平行な二次元座標系であって、前記輪郭上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系を規定する工程と、
    前記外形基準座標系における前記複数のマークの位置情報の計測を行う工程と、
    を含み、
    前記規格化工程では、前記外形基準座標系での前記各マークの位置情報に基づいて、前記各マークの計測結果のばらつきを規格化し、
    前記算出工程では、前記規格化された位置情報に基づいて、前記投入再現性を算出する、ことを特徴とする基板の投入再現性計測方法。
  34. 請求項３１に記載の基板の投入再現性計測方法において、
    前記複数の基板間における各基板自身の変形成分の相違に基づく前記計測工程の計測結果のばらつきを規格化する規格化工程を更に有し、
    前記規格化工程での規格化結果に基づいて、前記投入再現性を算出することを特徴とする基板の投入再現性計測方法。
  35. 請求項３４に記載の基板の投入再現性計測方法において、
    前記基板上には、マトリクス状に形成された複数の区画領域と、各区画領域に付設されたファインアライメントマークと、該ファインアライメントマークを探索するためのサーチアライメントマークとが形成されており、
    前記基板処理装置に投入された前記基板上に形成されている異なる２点以上、あるいは同一直線上にない少なくとも３点以上のファインアライメントマークの位置計測結果に基づいて、所定の統計的手法を用いて、前記基板上の前記複数の区画領域の配列により規定される配列座標系を検出する検出工程を更に有し、
    前記規格化工程は、
    前記基板の輪郭を計測し、該計測結果に基づいて、前記基板表面にほぼ平行な二次元座標系であって、前記輪郭上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系を規定する工程と、
    前記外形基準座標系における前記複数のサーチアライメントマークの位置情報の計測を行う工程と、
    を含み、
    前記規格化工程では、前記外形基準座標系に対する前記配列座標系の倍率成分又は直交成分の少なくとも一方に基づいて、前記計測工程の計測結果のばらつきを更に規格化する、ことを特徴とする基板の投入再現性計測方法。
  36. 請求項３５に記載の基板の投入再現性計測方法において、
    前記検出工程では、前記配列座標系に対する前記各マークの位置計測結果のランダム成分を求め、
    前記規格化工程では、
    前記ランダム成分の大きさに基づいて、前記計測工程の計測結果を更に規格化することを特徴とする基板の投入再現性計測方法。
  37. 所定の基準位置に位置決めされた基板の位置を示す位置情報を計測する位置計測方法において、
    請求項３１〜３６の何れか一項に記載の基板の投入再現性計測方法を用いて前記基準位置に配置される前記基板の投入再現性を計測する工程と；
    前記投入再現性の傾向に応じて前記基板の位置を調整しつつ、前記基板に形成されたマークの位置情報を計測する工程と；を含むことを特徴とする位置計測方法。
  38. 基板に所定のパターンを転写する露光方法であって、
    請求項３７に記載の位置計測方法を用いて前記基板の位置を示す位置情報を求める基板計測工程と；
    前記基板計測工程において求められた前記基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板に前記パターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
  39. 複数の基板を順次処理する基板処理装置において、
    前記基板を所定の基準位置に順次位置決めする位置決め手段と；
    前記基準位置に位置決めされた前記基板に形成されているマークの位置情報を計測する計測手段と；
    前記計測手段の計測結果に基づいて、前記基板の投入再現性を算出する算出手段と；を有することを特徴とする基板処理装置。
  40. 請求項３９に記載の基板処理装置において、
    前記複数の基板間における各基板の外形形状又は各基板自身の変形成分の相違に基づく前記計測工程の計測結果のばらつきを規格化する規格化手段を更に有し、
    前記規格化手段での規格化結果に基づいて、前記投入再現性を算出することを特徴とする基板処理装置。
  41. その被計測面にマークが形成されている物体の、該被計測面の外縁の少なくとも一部を計測する第１工程と；
    前記マークを計測する第２工程と；
    前記第１、第２工程での計測結果に基づいて、前記被計測面に平行な２次元座標系であって前記外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系における前記マークの位置情報を求める第３工程と；を含む計測方法。
  42. 請求項４１に記載の計測方法において、
    前記物体に対して所定の処理を施す処理装置内に前記物体が投入されるよりも前に、少なくとも前記第１工程及び前記第２工程を行うことを特徴とする計測方法。
  43. 請求項４２に記載の計測方法において、
    前記第３工程で算出された前記マークの位置情報、前記第１工程の計測結果、及び該第１工程での計測結果を所定の評価方法で評価した評価結果のうちの少なくとも１つの情報を、前記処理装置に送信することを特徴とする計測方法。
  44. 請求項４１〜４３のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記第１工程と前記第２工程とはほぼ同時に行われることを特徴とする計測方法。
  45. 物体に対して所定の処理を施す処理装置内に該物体が投入されるよりも前に、該物体の外縁の少なくとも一部を計測する第１工程と；
    前記第１工程の計測結果、及び／又は、該第１工程での計測結果を所定の評価方法で評価した評価結果を、前記処理装置に送信する第２工程と；を含む計測方法。
  46. その被計測面にマークが形成されている物体の、該被計測面の外縁の少なくとも一部を計測する第１計測センサと；
    前記マークを計測する第２計測センサと；
    前記第１、第２計測センサの計測結果に基づいて、前記被計測面に平行な２次元座標系であって前記外縁上の少なくとも１つの基準点により規定される外形基準座標系における前記マークの位置情報を求める演算ユニットと；を備える計測装置。
  47. 請求項４６に記載の計測装置において、
    前記計測装置は、前記物体に対して所定の処理を施す処理装置の外部に設けられており、該計測装置は、前記マークの位置情報、前記第１計測センサの計測結果、該第１計測センサでの計測結果を所定の評価方法で評価した評価結果のうちの少なくとも１つを、前記処理装置に送信する送信ユニットをさらに備えることを特徴とする計測装置。
  48. 物体に対して所定の処理を施す処理装置の外部に配置され、該物体が該処理装置に投入されるよりも前に、該物体の外縁の少なくとも一部を計測するセンサと；
    前記センサの計測結果、及び／又は、該センサの計測結果を所定の評価方法で評価した評価結果を、前記処理装置に送信する送信ユニットと；を備えることを特徴とする計測装置。
  49. 請求項４５に記載の計測方法において、
    前記処理装置は前記物体としての感光基板を露光する露光装置を含むことを特徴とする計測方法。
  50. 請求項４９に記載の計測方法において、
    前記処理装置は更に、前記露光装置での露光処理を経た後の露光済み感光基板に対して計測処理を行う計測装置、該露光済み基板を撮像して画像上で検査処理を行う検査装置、該露光済み感光基板に対して試験処理を行う試験装置、及び該露光済み感光基板に対して修復処理を行うレーザリペア装置のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする計測方法。
  51. 請求項４７に記載の計測装置において、
    前記処理装置は前記物体としての感光基板を露光する露光装置を含むことを特徴とする計測装置。
  52. 請求項５１に記載の計測方法において、
    前記処理装置は更に、前記露光装置での露光処理を経た後の露光済み感光基板に対して計測処理を行う計測装置、該露光済み基板を撮像して画像上で検査処理を行う検査装置、該露光済み感光基板に対して試験処理を行う試験装置、及び該露光済み感光基板に対して修復処理を行うレーザリペア装置のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする計測装置。
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