(57)【要約】  【課題】ウエハ上のマークやパターンの像を高速かつ高精細に取り込み、その位置を検出する撮像システム及び位置検出装置を提供する。  【解決手段】撮像装置５１０と信号処理系の入力段であるＡＤ変換手段５２０とを、導電接続手段５３０により導電接続、すなわち、導電媒体により実際に電流が流れるように電気的に直接的に接続する。その上で、例えば撮像装置に固有の所定のＤＣレベル等を用いて、オフセット補正手段５４０において、撮像信号のオフセット成分（直流成分）を補正する。その結果、映像信号の直流成分は、撮像装置に固有のレベルで固定化することができ、ＡＣカップリングをしたようなライン毎に不安定な直流成分を有する信号とはならない。このような撮像信号を所定方向に積算して１次元信号波形を求めた場合、ノイズや歪の無い適切な信号波形を得ることができる。また、撮像装置として倍速カメラを用いることにより、高速に画像を取り込むことができる。  【選択図】  図５
2006073933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光処理に係る物体上の所望の領域を撮像し、当該領域のアナログ撮像信号を出力する撮像装置と、
入力されるアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記撮像装置と前記ＡＤ変換手段とを導電接続し、前記撮像装置から出力されるアナログ撮像信号を前記ＡＤ変換手段に入力する導電接続手段と、
前記ＡＤ変換手段により変換されたデジタル撮像信号に対してオフセット補正を行なうオフセット補正手段と、を有することを特徴とする露光装置用撮像システム。
【請求項２】
前記オフセット補正手段は、前記撮像装置が基準となる所定の黒画像を撮像している状態、又は前記撮像装置が前記状態に相当する所定の基準となる信号を出力している状態において、当該撮像装置から出力される信号を前記導電接続手段を介して前記ＡＤ変換手段に入力することにより発生するオフセットを測定し、当該測定されたオフセットに基づいてオフセット補正値を求めて前記オフセット補正を行なうことを特徴とする請求項１に記載の露光装置用撮像システム。
【請求項３】
前記撮像装置は、物体上に形成されたパターンの像を撮像し、走査方向及び当該走査方向に垂直な非走査方向で規定される２次元アナログ画像信号を生成し、
前記オフセット補正手段は、前記２次元アナログ画像信号に基づいて生成された２次元デジタル画像信号に対して前記オフセット補正を行なう前記露光装置用撮像システムであって、
前記オフセット補正手段は、１つの前記２次元デジタル画像信号については同一の前記オフセット補正値を用いて前記オフセット補正を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置用撮像システム。
【請求項４】
前記請求項３に記載の露光装置用撮像システムと、
前記露光装置用撮像システムにより生成された前記オフセット補正された前記２次元デジタル画像信号を、少なくとも前記走査方向に積算して前記非走査方向の１次元投影信号を生成し、前記非走査方向の前記１次元投影信号に基づいて、当該非走査方向における前記パターンの位置を計測する位置検出手段と、
を有することを特徴とする露光装置用位置検出装置。
【請求項５】
所望の第１のパターンの像を撮像して第１の信号方式の第１の撮像信号を生成する第１の撮像手段と、
所望の第２のパターンの像を撮像して前記第１の信号方式とは異なる第２の信号方式の第２の画像信号を生成する第２の撮像手段と、
前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号に基づいて、前記第１のパターン及び前記第２のパターンに係る所定の位置の位置検出を行なう位置検出手段と、を有する位置検出装置であって、
前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号に対して前記位置検出手段において同一の信号処理系により信号処理が可能なように、前記第１の画像信号又は前記第２の画像信号の少なくとも何れか一方の画像信号の信号方式を変換する信号変換手段をさらに有し、
前記位置検出手段は、前記変換された信号方式の画像信号を用いて、前記第１のパターン及び前記第２のパターンに係る所定の位置の位置検出を行なう
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
前記第１の信号方式と前記第２の信号方式とは、走査方向走査周期、非走査方向周期（フィールド周期又はフレーム周期）、走査方向の画素数又は非走査方向の走査線数の少なくとも何れかが相違する信号方式であり、
前記信号変換手段は、前記第１の信号方式と前記第２の信号方式との前記相違に応じて、走査方向同期信号の周波数、非走査方向同期信号の周波数又は画素あたりのサンプル周波数の少なくとも何れかが同じになるように、前記第１の画像信号又は前記第２の画像信号の少なくとも何れか一方の画像信号の信号方式を変換することを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子等の電子デバイスを製造する際の露光装置の種々の撮像系あるいは計測系に適用して好適な露光装置用撮像システムと露光装置用位置検出装置、及び、マーク等を撮像してその位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子あるいは薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）を製造する際には、露光装置を用いて、フォトマスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板上に投影露光する。
この時用いられる露光装置としては種々の方式のものがあるが、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）やステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（スキャニング・ステッパ）が広く使用されている。ステッパは、レチクルと感光基板との相対的な位置合わせを行った後で、レチクルに形成されたパターンを感光基板上に設定された１つのショット領域に一括して転写し、転写後に感光基板をステップ移動させて他のショット領域の露光を順次行なう露光装置である。また、スキャニング・ステッパは、レチクルと感光基板とを連続的に相対移動（走査）させつつレチクルに形成されたパターンを逐次感光基板に転写し、転写後に感光基板を移動させて他のショット領域に対して再度走査露光を行なう露光装置である。
【０００３】
例えば半導体デバイスの製造においては、このような露光装置を用いて基板としてのウエハ上の各ショット領域に複数層の回路パターンを重ねて形成するが、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に形成されているパターン上にこれから露光するレチクルのパターン像を正確に位置合わせする必要がある。すなわち、レチクルのパターン像の投影位置に、ウエハを高精度に位置合わせ（アライメント）する必要がある。そのためのウエハあるいはウエハ上の各ショットの位置検出方法（アライメント計測方法）としては、数箇所（３箇所以上であって、通常は例えば６〜８箇所）のサンプルショット（以下、ＥＧＡショットと称する）について計測した位置情報に基づいて統計演算処理を行ないウエハ上の全てのショット領域の位置情報を得るエンハンスド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が主流となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ウエハステージにロードされるウエハは、プリアライメントされた状態でウエハステージに載置されるが、ファインアライメントとしてのＥＧＡ計測を実行できるレベル（精度）での位置決めはされていない。そのため、通常、ＥＧＡ計測を実行する前にＥＧＡ計測に支障を来さない程度にウエハの位置を粗調整する、いわゆるサーチアライメントが行なわれる。サーチアライメントは、予め指定されたショット領域（例えば２箇所、以下サーチショットと称する）においてアライメントマーク（サーチアライメント用マーク）の位置を検出し、この検出結果に基づいてショット領域の座標値を補正するものである。
【０００５】
また、前述したファインアライメントとしてのＥＧＡやサーチアライメントにおいてアライメントマークの計測を行なう場合には、ウエハ上のマーク形成面にアライメント光学系の結像面（合焦面）を一致させる必要がある。そのため、光学系の結像面に対するウエハの相対的な位置を検出し、これが一致するように、例えばウエハステージの高さを調整するアライメントＡＦ（オートフォーカス）が行なわれる。光学系の結像面とウエハ表面の相対的な位置を検出する方法としては、スリット状の光束でウエハ表面を照明し、照明されたウエハからの光束を対物光学系の瞳面で瞳分割し、瞳分割された光束の位置に基づいて結像面とウエハ表面の光軸方向の相対的な位置を検出するいわゆる瞳分割方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
露光装置は、このように種々の位置検出系を具備しているが、その位置検出系の多くは、ウエハ、レチクル、ウエハステージ及びレチクルステージ等に形成された特定のパターンやマークを検出し、その位置を検出する構成となっている。そして、そのようなパターンやマークの位置を検出する方法としては、撮像装置によりそのパターンやマークの像を取り込み、取り込んだ像に対して所望の信号処理を行なう方法が広く用いられている。また、その撮像装置としては、従来よりＣＣＤカメラ（ＣＣＤセンサー）が広く用いられている。
【０００７】
ＣＣＤカメラより出力される映像信号を信号処理系に取り込む場合、通常、図８に示すようなＡＣカップリングにより信号の受け渡しが行なわれる。図８は、ＣＣＤカメラ８１０からＡＤ変換モジュール８２０にアナログ映像信号（ＮＴＳＣ信号）を伝送する場合のＡＣカップリングを用いた従来の接続形態を示す図である。
ＡＣカップリングは、容量素子を介して交流成分のみを伝播させる結合回路であり、直流成分(オフセット成分）はカットされる。従って、これを受信したＡＤ変換モジュール８２０側では、ＤＣクランプ回路８２１により、受信信号を所定の基準レベルに固定し（レベルの合わせ込みをし）、映像信号の直流成分を再生する必要がある。ＮＴＳＣ信号に対応するＤＣクランプ回路８２１としては、走査線毎の映像信号の間に水平同期信号とともに規定されるペデスタルレベル（バックポーチ又はフロントポーチのレベルであって黒レベルを示す）を検出し、これに対応する固定電圧を発生することにより交流成分のみの受信信号のレベルの合わせ込みを行なうペデスタルクランプ回路がしばしば用いられる。
【特許文献１】特開昭６１−４４４２９号公報
【特許文献２】特開平８−１６７５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の電子デバイスの高精細化及び製造工程におけるスループットの向上の要求に伴って、例えばウエハやレチクルのアライメント処理に直接的に関わる、ウエハやレチクル等のパターンやマークの位置を検出する位置検出処理においても、これを高精度に短時間で効率よく行ないたいという要望がある。しかしながら、従来の位置検出系においては、位置検出対象のマーク等の像を撮像する撮像装置に関わる要因により精度及び処理速度が十分とは言えなかった。
【０００９】
例えば、近年、ウエハやレチクルに２次元方向計測用マークを形成しておき、このマークの位置を所定の２方向について計測する方法が用いられる場合がある。マークを２次元ＣＣＤカメラ等の２次元撮像素子により撮像し、得られた２次元撮像信号を所定の２方向に積算することにより積算方向に垂直な方向を計測方向とする２つの信号波形を生成し、この信号波形に基づいて各計測方向におけるマークの位置を計測する方法である。
この時、走査線方向に信号を積算して生成する信号波形においては、撮像装置と信号処理系とを前述したＡＣカップリングにより接続することにより、ノイズや歪が生じる場合があり、位置計測精度を向上させる障害となる場合があった。
【００１０】
具体的に、図９を参照して説明する。
今、図９に示すように、２次元撮像信号９１０の中に矩形のパターン９２０が撮像されていたとすると、この撮像信号９１０を垂直方向（Ｖ方向）に積算することにより、水平方向（Ｈ方向）を計測方向とする１次元信号波形９３０が生成され、また、撮像信号９１０を水平方向（Ｈ方向）に積算することにより、垂直方向（Ｖ方向）を計測方向とする１次元信号波形９４０が生成される。この撮像信号９１０を、図８に示したような回路によりＣＣＤカメラ８１０からＡＣカップリングにより接続された信号処理系（ＡＤ変換モジュール８２０）に転送する場合を考えると、前述したように、撮像信号９１０は水平方向の各ラインの信号毎（走査線毎）にその直流成分のレベルがＤＣクランプ回路８２１で設定されることとなる。すなわち、各ラインの信号毎に、その信号のペデスタルレベルが検出され、そのレベルに基づいてＤＣクランプ回路８２１によりレベルの合わせ込みが行なわれる。
【００１１】
そのため、ＤＣクランプ回路８２１の精度に起因して、各ラインから検出されたペデスタルレベルが異なる場合には、各ライン毎に異なるレベルに合わせ込みを行なうこととなり、水平方向の各ライン毎にオフセット成分が異なることになる。その結果、これを積算した場合の信号波形は図９に示すようにノイズが載ったような波形となってしまう可能性がある。
また、ＤＣクランプ回路８２１が、合わせ込みを行なう所定の基準レベルに対して、各ラインのペデスタルレベルに基づいてフィードバックをかけてその基準レベルを補正するる構成となっている場合には、例えば大きく信号が変わった場合等に、ＤＣ成分の追従速度に起因する歪が信号波形に生じる可能性もある。
【００１２】
また、従来の撮像装置は、ＮＴＳＣ規格の映像信号、あるいはそれに準じた映像信号を出力する撮像装置がほとんどであり、その撮像速度は、毎秒３０フレーム、あるいは、毎秒２５フレームという程度のものであった。しかしながら、前述したように、近年、露光処理のスループットの向上が求められており、位置検出処理のスループットを向上させるためには、より高速に画像を取り込むことが望まれていた。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウエハ上のマークやパターンの像を高精細に取り込むことのできる露光装置用撮像システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、その露光装置用撮像システムにより高精細に取り込まれたウエハ上のマークやパターンの像に基づいて、位置検出を高精度に行なうことのできる露光装置用位置検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、例えばウエハ上のマークやパターンの像を高速に取り込むことができ、これによりそのマークやパターンの位置検出を高速に行なうことのできる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明に係る露光装置用撮像システムは、露光処理に係る物体上の所望の領域を撮像し、当該領域のアナログ撮像信号を出力する撮像装置（５１０）と、入力されるアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換するＡＤ変換手段（５２０）と、前記撮像装置と前記ＡＤ変換手段とを導電接続し、前記撮像装置から出力されるアナログ撮像信号を前記ＡＤ変換手段に入力する導電接続手段（５３０）と、前記ＡＤ変換手段により変換されたデジタル撮像信号に対してオフセット補正を行なうオフセット補正手段（５４０）とを有する（図５参照）（請求項１）。
【００１５】
このような構成の露光装置用撮像システムにおいては、撮像装置（５１０）と信号処理系の入力段であるＡＤ変換手段（５２０）とを、導電接続手段（５３０）により導電接続している。すなわち、導電媒体により実際に電流が流れるように電気的に直接的に接続している。その上で、例えば撮像装置に固有の所定のＤＣレベル等を用いて、オフセット補正手段（５４０）において、撮像信号のオフセット成分（直流成分）を補正している。従って、映像信号の直流成分は、撮像装置に固有のレベルで固定化することができ、ＡＣカップリングをしたようなライン毎に不安定な直流成分を有する信号とはならない。従って、このような撮像信号を所定方向に積算して１次元信号波形を求めた場合も、ノイズや歪の無い適切な信号波形を得ることができる。
【００１６】
好適には、前記オフセット補正手段は、前記撮像装置が基準となる所定の黒画像を撮像している状態、又は前記撮像装置が前記状態に相当する所定の基準となる信号を出力している状態において、当該撮像装置から出力される信号を前記導電接続手段を介して前記ＡＤ変換手段に入力することにより発生するオフセットを測定し、当該測定されたオフセットに基づいてオフセット補正値を求めて前記オフセット補正を行なう（請求項２）。
また好適には、前記撮像装置は、物体上に形成されたパターンの像を撮像し、走査方向及び当該走査方向に垂直な非走査方向で規定される２次元アナログ画像信号を生成し、前記オフセット補正手段は、前記２次元アナログ画像信号に基づいて生成された２次元デジタル画像信号に対して前記オフセット補正を行なう前記露光装置用撮像システムであって、前記オフセット補正手段は、１つの前記２次元デジタル画像信号については同一の前記オフセット補正値を用いて前記オフセット補正を行なう（請求項３）。
【００１７】
また、本発明に係る露光装置用位置検出装置は、前述した何れかの露光装置用撮像システムと、前記露光装置用撮像システムにより生成された前記オフセット補正された前記２次元デジタル画像信号を、少なくとも前記走査方向に積算して前記非走査方向の１次元投影信号を生成し、前記非走査方向の前記１次元投影信号に基づいて、当該非走査方向における前記パターンの位置を計測する位置検出手段とを有する（請求項４）。
【００１８】
また、本発明に係る位置検出装置は、所望の第１のパターンの像を撮像して第１の信号方式の第１の撮像信号を生成する第１の撮像手段と、所望の第２のパターンの像を撮像して前記第１の信号方式とは異なる第２の信号方式の第２の画像信号を生成する第２の撮像手段と、前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号に基づいて、前記第１のパターン及び前記第２のパターンに係る所定の位置の位置検出を行なう位置検出手段と、を有する位置検出装置であって、前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号に対して前記位置検出手段において同一の信号処理系により信号処理が可能なように、前記第１の画像信号又は前記第２の画像信号の少なくとも何れか一方の画像信号の信号方式を変換する信号変換手段をさらに有し、前記位置検出手段は、前記変換された信号方式の画像信号を用いて、前記第１のパターン及び前記第２のパターンに係る所定の位置の位置検出を行なう（請求項５）。
【００１９】
好適には、前記第１の信号方式と前記第２の信号方式とは、走査方向走査周期、非走査方向周期（フィールド周期又はフレーム周期）、走査方向の画素数又は非走査方向の走査線数の少なくとも何れかが相違する信号方式であり、前記信号変換手段は、前記第１の信号方式と前記第２の信号方式との前記相違に応じて、走査方向同期信号の周波数、非走査方向同期信号の周波数又は画素あたりのサンプル周波数の少なくとも何れかが同じになるように、前記第１の画像信号又は前記第２の画像信号の少なくとも何れか一方の画像信号の信号方式を変換する（請求項６）。
【００２０】
なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施の形態の態様に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ウエハ上のマークやパターンの像を高精細に取り込むことのできる露光装置用撮像システムを提供することができる。
また、その露光装置用撮像システムによりウエハ上のマークやパターンの像を高精細に取り込むことができ、これにより位置検出を高精度に行なうことのできる露光装置用位置検出装置を提供することができる。
また、例えばウエハ上のマークやパターンの像を高速に取り込むことができ、これによりそのマークやパターンの位置検出を高速に行なうことのできる位置検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態においては、レチクルに形成された回路パターンの像を投影光学系を介してウエハ上の複数のショット領域に投影し転写する露光装置、及び、そのアライメント系を説明することにより本発明を説明する。
【００２３】
まず、その露光装置の全体構成について説明する。
図１は、露光装置１００の概略構成を示す図である。
露光装置１００においては、超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源１０２から射出された照明光が反射鏡１０３で反射され、露光に必要な波長の光のみを透過させる波長選択フィルタ１０４に入射される。波長選択フィルタ４を透過した照明光は、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ又はロッド）１０５によって均一な強度分布の光束に調整され、レチクルブラインド（視野絞り）１０６に到達する。レチクルブラインド１０６は、複数のブレードが駆動系１０６ａによってそれぞれ駆動されることにより開口Ｓの大きさを変化させ、照明光によるレチクルＲ上の照明領域を設定するものである。
【００２４】
レチクルブラインド１０６の開口Ｓを通過した照明光は、反射鏡１０７で反射されてレンズ系１０８に入射する。このレンズ系１０８によってレチクルブラインド１０６の開口Ｓの像がレチクルステージ１２０上に保持されたレチクルＲ上に結像され、レチクルＲの所望のパターン領域が照明される。なお、これら波長選択フィルタ１０４、オプティカルインテグレータ１０５、レチクルブラインド１０６及びレンズ系１０８により、露光装置１００の照明光学系が構成される。
【００２５】
レチクルステージ１２０は、投影光学系１０９の光軸と垂直な面内で２次元移動可能である。レチクルステージ１２０（レチクルＲ）の位置及び回転量は、図示しないレーザ干渉計によって検出され、その測定値であるレチクルステージ１２０（レチクルＲ）の位置情報は、後述するステージ制御系１１４、主制御系１１５及びアライメント制御系１１９にそれぞれ出力される。
レチクルＲの照明領域に存在する回路パターンやアライメントマークの像は、レジストが塗布されたウエハＷ上に投影光学系１０９によって結像される。これにより、ウエハステージ１１０上に載置されるウエハＷ上のショット領域に、レチクルＲのパターン像やアライメントマーク像が露光される。
【００２６】
ウエハステージ１１０は、ウエハＷを真空吸着する図示せぬウエハホルダを有し、リニアモータ等の駆動装置１１１によって、投影光学系１０９の光軸と垂直で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動される。これにより、投影光学系１０９に対してその像面側でウエハＷが２次元移動され、例えばステップ・アンド・リピート方式（又はステップ・アンド・スキャン方式）で、ウエハＷ上（ウエハＷの位置合わせせれたショット領域上）にレチクルＲのパターン像が転写される。
【００２７】
また、ステージ移動座標系ＸＹ上でのウエハステージ１１０（ウエハＷ）のＸ、Ｙ方向の位置、及び回転量（ヨーイング量、ピッチング量、ローリング量）は、ウエハステージ１１０の端部に設けられた移動鏡（反射鏡）１２にレーザ光を照射するレーザ干渉計１１３によって検出される。レーザ干渉計１１３の測定値（位置情報）は、ステージ制御系１１４、主制御系１１５及びアライメント制御系１１９にそれぞれ出力される。
【００２８】
ステージ制御系１１４は、主制御系１１５及びレーザ干渉計１１３等からの位置情報に基づいて、駆動装置１１１等を介してレチクルステージ１２０及びウエハステージ１１０の移動をそれぞれ制御する。
【００２９】
主制御系１１５は、駆動系１０６ａを介したレチクルブラインド１０６の開口Ｓの大きさや形状の制御、アライメント制御系１１９から出力されるウエハＷ上のアライメントマークの位置情報に基づくＥＧＡ計算等を行ない、露光装置１００全体を統括制御する。
また、主制御系１１５には、各種露光データを入力するための入力部１２１が接続されている。露光データとしては、ショット領域の各位置、サーチショットの位置、ＥＧＡショットの位置、サーチマークの位置及びファインマーク（ＥＧＡマーク）の位置等が入力される。
【００３０】
露光装置１００には、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行なうために、例えばＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のレチクル・アライメントセンサー１１６及びオフアクシス方式のウエハ・アライメントセンサー１１７が備えられている。
【００３１】
レチクル・アライメントセンサー１１６は、露光光アライメント方式のアライメント系であって、露光用照明光を用いてレチクルＲ及び投影光学系１０９を介して基準マーク部材１１８上の基準マークを検出し、レチクルＲ上に形成されたアライメントマーク（レチクル・アライメントマーク）及び基準マークの像を撮像素子（ＣＣＤ）により撮像し、その撮像信号をアライメント制御系１１９に出力する。これにより、レチクル・アライメントマークと基準マークの位置関係を直接的に観察できる。
なお、基準マーク部材１１８は、ウエハステージ１１０上に固定され、そのウエハＷの表面と同じ高さに基準マークが形成されている。
【００３２】
アライメント制御系１１９は、レチクル・アライメントセンサー１１６から入力されるレチクル・アライメントマークと基準マークの撮像信号に基づいて両マークの位置ずれ量を検出する。さらに、レーザ干渉計１１３等から入力されるウエハステージ１１０の位置測定値及びレチクルステージ１２０の位置測定値に基づいて、両マークの位置ずれ量が０（零）となる時のレチクルステージ１２０及びウエハステージ１１０の各位置を求める。これにより、ウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのレチクルＲの位置が検出される。換言すればレチクルステージ移動座標系とウエハステージ移動座標系ＸＹとの対応付け（相対位置関係の検出）が行なわれる。アライメント制御系１１９は、その結果の位置情報を主制御系１１５に出力する。
【００３３】
ウエハ・アライメントセンサー１１７は、ＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のアライメント系である。ウエハ・アライメントセンサー１１７は、投影光学系１０９とは別設される対物光学系を介して、ウエハＷ上のレジストを感光させない波長域の照明光、例えば波長が５３０〜８００ｎｍ程度の広帯域光（ブロードバンド光）をウエハＷ上のアライメントマーク（ウエハ・アライメントマーク）に照射し、その対物光学系を通して撮像素子（ＣＣＤ）の受光面上に指標マークの像とともにそのアライメントマークの像を形成し、両マーク像の撮像信号（光電変換信号、画像信号）をアライメント制御系１１９に出力する。
また、ウエハ・アライメントセンサー１１７はＡＦ（オートフォーカス）機能を備えており、ウエハステージ１１０をウエハ・アライメントセンサー１１７の対物光学系の光軸に沿った方向に駆動し、ウエハＷ上のアライメントマークを前述の対物光学系の焦点面に配置する。
【００３４】
ウエハ・アライメントセンサー１１７は、ウエハＷを観察する１つの対物レンズに対して、サーチアライメント（サーチ計測）用の光学系とファインアライメント（ＥＧＡ計測）用の光学系との２つの別個（一部共通）の光学系を有する構成である。すなわち、１つの対物レンズを介してウエハＷ上の所定の箇所に照明光を照射して得た観察光（反射光）を、ウエハ・アライメントセンサー１１７内でサーチ用光学系又はファイン用光学系に入射させる構成となっている。
【００３５】
サーチ用光学系は、ファイン用光学系よりは低倍率であるものの広い視野範囲でウエハＷを観察できるようになっており、また、ファイン用光学系は、サーチ用光学系よりも視野範囲は狭いものの高倍率でウエハＷを観察できるようになっている。また、各光学系は各々２次元撮像素子を具備しており、各観察視野の画像を撮像できる構成となっている。これら各光学系を介して各撮像素子で撮像された撮像信号（光電変換信号）が、アライメント制御系１１９に出力される。
なお、ウエハ・アライメントセンサー１１７のこれらサーチ用光学系及びファイン用光学系の観察視野については、後述するウエハアライメントに係る信号処理系の説明の際に図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
ファインアライメント計測を行なう際には、アライメント制御系１１９は、ウエハ・アライメントセンサー１１７からの撮像信号に基づいて、ファイン用光学系内に配置されており、ファイン計測を行なう際に基準となる指標マークとアライメントマーク（ウエハ・アライメントマーク）との位置ずれ量を検出する。さらに、レーザ干渉計１１３から入力されるウエハステージ１１０の位置測定値を参照して、その位置ずれ量が０（零）となる時のウエハステージ１１０の位置をウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのアライメントマークの座標値として求める。そして、アライメント制御系１１９は、その位置情報を主制御系１１５に出力する。
【００３７】
主制御系１１５は、アライメント制御系１１９に対して信号処理条件等の指令を与えるとともに、アライメント制御系１１９から出力されるアライメントマークの位置情報（座標値）に基づいてサーチ計測及びファイン計測（ＥＧＡ計算）を行なう。また、主制御系１１５は、計測したアライメントマークの位置情報に基づいて、ウエハＷの位置の制御、及び、ウエハＷの各ショット領域へのレチクルＲのパターンの像の転写を制御する。
【００３８】
具体的には、主制御系１１５は、予め指定された例えば２箇所のサーチショット領域のアライメントマーク（サーチアライメント用マーク）の位置を計測し、この計測結果に基づいてＥＧＡ計測が可能なようにウエハＷの位置を調整する。また、サーチアライメントにより位置調整されたウエハＷにおける予め指定された例えば６箇所のＥＧＡショット領域のアライメントマーク（ファインアライメント用マーク）の位置を計測し、この計測結果に基づいてウエハＷ上の全てのショット領域の位置（例えばショットセンタ等の基準点の位置）の座標値を算出する。
【００３９】
そして、主制御系１１５は、ウエハ・アライメントセンサー１１７のベースライン量に基づいてその算出した座標値を補正し、この補正した座標値をステージ制御系１１４に出力する。
ステージ制御系１１４は、主制御系１１５からの位置情報に基づいて、駆動装置１１を介してウエハステージ１０の移動を制御する。
そして、主制御系１１５の制御により、例えばステップ・アンド・リピート方式（又はステップ・アンド・スキャン方式）で、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。
以上、露光装置１００の全体の構成の説明である。
【００４０】
次に、このような構成の露光装置１００で用いるウエハＷ、及び、ウエハＷに形成されたアライメントマークについて、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、露光装置１００で用いるウエハＷ上のアライメントに用いるショット領域の例を示す図であり、図３は、アライメント計測対象のマークＭ及びウエハ・アライメントセンサー１１７の観察視野を説明するための図である。
露光装置１００で用いるウエハＷには、複数のショット領域がマトリックス状に配列されており、各ショット領域には前工程での露光及び現像等により各々回路パターンが形成されている。これらのショット領域の中に、図２に示すように、２箇所のサーチショット領域ＳＳ１及びＳＳ２、及び、６箇所のファインアライメント（ＥＧＡ）ショット領域ＥＳ１〜ＥＳ６の８箇所のショット領域が設定されている。
【００４１】
これらのアライメント計測対象の各ショット領域ＳＳ１、ＳＳ２及びＥＳ１〜ＥＳ６には、各パターン領域の外側に、図３に示すような、サーチ計測とファイン計測（ＥＧＡ計測）で同一のマークであり、また、Ｘ方向の位置計測とＹ方向の位置計測の両方に用いるアライメントマークＭが形成されている。アライメントマークＭは、Ｘ方向及びＹ方向を各々計測方向とする２次元方向計測用マークである。
なお、図３には、ウエハ・アライメントセンサー１１７の観察視野ＶＳ及びＶＦが示されているが、これについては後に説明する。
【００４２】
次に、露光装置１００におけるウエハアライメントに関する信号処理系（以下、ウエハアライメント系と称する）の構成について図４を参照して説明する。
図４は、そのウエハアライメント系２００の構成を示す図である。
図４に示すように、ウエハアライメント系２００は、後述する２台のサーチ系カメラ２１１及び２１２、サーチ部２１９、後述する３台のファイン系カメラ２２１〜２２３、ファイン部２２９、１台のフォーカスカメラ２３１、フォーカス部２３９、位置モニター部２４０、データ通信用光伝送路（光ファイバー）２７０、モニター用映像出力ライン２７１、位置データ通信用光伝送路２７２、フォーカス信号蓄積制御線２７３、信号処理部２８０及びモニター２９０を有する。
【００４３】
なお、図４に示すサーチ系カメラ２１１及び２１２、サーチ部２１９、ファイン系カメラ２２１〜２２３、ファイン部２２９、フォーカスカメラ２３１及びフォーカス部２３９は、図１に示した露光装置１００においてウエハ・アライメントセンサー１１７を構成するものである。また、位置モニター部２４０は、図１においてはステージ制御系１１４に含まれる構成である。また、信号処理部２８０は、図１におけるアライメント制御系１１９と主制御系１１５を合わせて１の制御部として示したものである。
【００４４】
図４に示すウエハアライメント系２００において、２台のサーチ系カメラ２１１及び２１２は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２である。
サーチカメラ２１１は、ウエハＷの所望のサーチマーク検出領域を、図３に示すような観察視野ＶＳを所定の倍率で観察し、その映像信号（ビデオ信号）をサーチ部２１９に出力する２次元ＣＣＤカメラである。本実施形態において、サーチカメラ２１１は、フレーム周波数がＮＴＳＣ規格のカメラに対して２倍になっており、１フレームの画像を１／６０で取り込むことが可能なプログレッシブスキャン方式のＣＣＤカメラである。これにより、所望の画像を、従来のＮＴＳＣ方式のカメラと比べて半分の時間で取り込むことができる。
【００４５】
サーチカメラ２１１の観察視野ＶＳは、図３に示すように、計測対象のアライメントマークＭのウエハプリアライメント（ウエハステージにウエハを載せる前に行なわれるアライメント処理）による位置合わせ誤差を十分に吸収できる程度にある程度広い領域である。また、後述するファイン計測の際の観察視野ＶＦよりも広い領域である。但し、サーチカメラ２１１の観察倍率は、後述するＸ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察倍率よりも低い。なお、本実施形態においてサーチ用観察視野ＶＳは、１辺が約２００μｍ程度の略正方形の領域である。観察領域ＶＳのウエハＷ上の配置は、主制御系１１５及びステージ制御系１１４により駆動装置１１１を介してウエハＷの位置が制御されることにより設定される。
【００４６】
観察カメラ２１２は、使用者によるアシスト処理及び調整等のためにサーチカメラ２１１よりさらに広い視野でウエハＷ上を観察するためのカメラである。本実施形態においては、観察カメラ２１２も、サーチカメラ２１１と同様に、フレーム周波数がＮＴＳＣ規格のカメラに対して２倍になっており、１フレームの画像を１／６０で取り込むことが可能なプログレッシブスキャン方式の倍速カメラで構成されているものとする。観察カメラ２１２は、例えば１辺が約５００μｍ〜８００μｍの視野範囲でウエハＷ上を観察する。
【００４７】
サーチ部２１９は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２の制御部であるとともに、これらサーチ系カメラ２１１及び２１２と信号処理部２８０とのインターフェイス部である。サーチ部２１９には、データ伝送路２７０を介して信号処理部２８０からサーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２の制御信号が入力される。サーチ部２１９は、これをサーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２に出力する。これにより、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２は、各々所望の動作に制御される。
【００４８】
また、サーチ部２１９は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から入力される映像信号（アナログ映像信号）から、信号処理部２８０から入力される制御信号に基づいて所望のタイミングの画像を取り込む。そして、その画像信号をＡＤ変換してデジタル画像信号に変換した後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
その際サーチ部２１９は、信号処理部２８０からの制御信号に基づいて、必要に応じてデジタル画像信号の圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行った上で、その符号化した信号をデータ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
【００４９】
このサーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２とサーチ部２１９内のＡＤ変換器との接続形態について、図５を参照して説明する。なお、図５においては、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２を、一般的にＣＣＤカメラ５１０として示す。
図５に示すように、サーチカメラ２１１あるいは観察カメラ２１２としてのＣＣＤカメラ５１０と、サーチ部２１９内に含まれるＡＤ変換モジュール５２０とは、ケーブル５３０により導電接続されている。すなわち、ＡＣカップリングとは異なり実際に電流が流れるように電気的に直接的に接続されている。
【００５０】
また、ＡＤ変換モジュール５２０にはオフセット補正部５４０が具備されており、ＣＣＤカメラ５１０（サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２）に固有の所定のＤＣレベルで、撮像信号のオフセット（直流成分）の補正を行なうようになっている。ＡＤ変換モジュール５２０においては、信号処理部２８０から光伝送路２７０を介してサーチ部２１９に送信されたオフセット補正値が、ソフトウエアにより制御されて設定され、その補正値により補正がなされるようになっている。
【００５１】
なお、このオフセット補正値は、信号処理部２８０の制御によりサーチ部２１９を介してＣＣＤカメラ５１０（サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２）が駆動されて計測されるものである。
具体的には、この補正値は、例えばサーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２により所定の基準となる黒画像（輝度一様な画像）を撮像している状態において、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から出力される撮像信号のレベルを検出することにより求められる。あるいはまた、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から出力される信号の、例えばＮＴＳＣ信号におけるペデスタルレベルのような、その信号において基準の黒レベル（所定の信号強度）を示すこととされている部分の波形のレベルに基づいて求められる。
信号処理部２８０は、適宜サーチ部２１９を介してサーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２よりオフセット補正値を検出し、ＡＤ変換モジュール５２０のオフセット補正部５４０を更新する。但し、サーチカメラ２１１又は観察カメラ２１２から１枚の画像の信号が入力されている時には、これについては同一のオフセット補正値を使用するものとし、途中でのオフセット補正値の変更はしない。
【００５２】
また、サーチ部２１９は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から入力される映像信号（アナログ映像信号）をモニター用映像出力ライン２７１を介してモニター２９０に出力する。本実施形態においては、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から各々独立にモニター２９０に対して映像信号が出力されるものとする。サーチ部２１９は、オペレータの選択操作に基づいて図示せぬ信号線を介して入力される選択信号に基づいて、各映像信号のモニター２９０への出力を制御する。これにより、サーチカメラ２１１又は観察カメラ２１２での観察映像あるいは取り込んだ画像が、例えばオペレータ等の確認のためにモニター２９０に表示される。
【００５３】
ウエハアライメント系２００の３台のファイン系カメラ２２１〜２２３は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１、Ｙ方向計測用ファインカメラ２２２及び指標マーク計測用カメラ２２３である。
Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２は、ウエハＷの所望のファインマーク検出領域を、各々図３に示すような観察視野ＶＦＸ及びＶＦＹで所定の倍率により観察し、その映像信号（ビデオ信号）をファイン部２２９に出力する２次元ＣＣＤカメラである。本実施形態においては、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２も、サーチカメラ２１１と同様に、フレーム周波数がＮＴＳＣ規格のカメラに対して２倍になっており、１フレームの画像を１／６０で取り込むことが可能なプログレッシブスキャン方式の倍速カメラで構成されているものとする。
【００５４】
Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１は、Ｘ方向を走査方向（走査線方向）として観察視野ＶＦＸ内を撮像し、Ｙ方向計測用ファインカメラ２２２は、Ｙ方向を走査方向（走査線方向）として観察視野ＶＦＹ内を撮像する。本実施形態においては、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１の観察視野ＶＦＸとＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察視野ＶＦＹとは同一の観察視野（観察視野ＶＦ）とするが、例えば計測対象のアライメントマークの各方向の計測に無効な成分を少しでも除外するように、異なる領域に設定してもよい。
なお、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察倍率は、前述したサーチカメラ２１１の観察倍率よりも高い。また、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察視野ＶＦの範囲は、サーチカメラ２１１の観察視野ＶＳよりも狭い。
【００５５】
観察視野ＶＦＸ及びＶＦＹは、図３に示すように、サーチ計測時の観察視野ＶＳよりも狭い領域である。本実施形態において、ファイン用観察視野ＶＦは、１辺が約１２０μｍ程度の略正方形の領域である。
観察視野ＶＦのウエハＷ上の配置は、主制御系１１５及びステージ制御系１１４により駆動装置１１１を介してウエハＷの位置が制御されることにより設定される。
【００５６】
指標マーク計測用カメラ２２３は、ＦＩＡの光学系の対物レンズの先端に付されているリファレンス用の指標マークを検出するためのカメラである。ウエハ・アライメントセンサー１１７の対物レンズに、温度や気圧等の環境条件等による位置変動、何らかの理由による機械的な位置変動、あるいは、振動又はドリフト等が生じた場合、ウエハ・アライメントセンサー１１７においては相対的に観察する像が移動したように見える。このような位置変動をキャンセルするために、対物レンズの先端に指標マークが付されており、指標マーク計測用カメラ２２３はこの指標マークの位置を検出する。なお、この指標マークを計測する際には、専用の赤外検出光が用いられる。なお、指標マークに照射され該マーク上で反射された赤外光は、指標カメラ２２３以外では検出されないように、他のカメラ２１１，２１２、２２１，２２２及び２３１の直前には赤外光カットフィルタが設けられている。
【００５７】
ファイン部２２９は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３の制御部であるとともに、これらファイン系カメラ２２１〜２２３と信号処理部２８０とのインターフェイス部である。ファイン部２２９には、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０からＸ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３の制御信号が入力される。ファイン部２２９は、これを各カメラ２２１〜２２３に出力する。これにより、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３は、各々所望の動作に制御される。
【００５８】
また、ファイン部２２９は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３から入力される映像信号（アナログ映像信号）から、信号処理部２８０から入力される制御信号に基づいて所望のタイミングの画像を取り込む。そして、その画像信号をＡＤ変換してデジタル画像信号に変換した後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
その際ファイン部２２９は、信号処理部２８０からの制御信号に基づいて、必要に応じてデジタル画像信号の圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行った上で、その符号化した信号をデータ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
【００５９】
このファイン系カメラ２２１〜２２３とファイン部２２９内のＡＤ変換器との接続形態も、図５を参照して説明したサーチ系カメラ２１１及び２１２とサーチ部２１９内のＡＤ変換器との接続形態と同じである。
すなわち、図５に示すように、ファイン系カメラ２２１〜２２３としてのＣＣＤカメラ５１０と、ファイン部２２９内に含まれるＡＤ変換モジュール５２０とは、ケーブル５３０により導電接続されている。すなわち、ＡＣカップリングとは異なり実際に電流が流れるように電気的に直接的に接続されている。
【００６０】
また、ファイン部２２９内のＡＤ変換モジュール５２０においてもオフセット補正部５４０が具備されており、ＣＣＤカメラ５１０（Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１、Ｙ方向計測用ファインカメラ２２２及び指標マーク計測用カメラ２２３の各々）に固有の所定のＤＣレベルで、撮像信号のオフセット（直流成分）の補正を行なうようになっている。ＡＤ変換モジュール５２０においては、信号処理部２８０から光伝送路２７０を介してファイン部２２９に送信されたオフセット補正値が、ソフトウエアにより制御されて設定され、その補正値により補正がなされるようになっている。
また、このオフセット補正値は、信号処理部２８０の制御によりファイン部２２９を介してＣＣＤカメラ５１０（ファイン系カメラ２２１〜２２３）が駆動されて計測されるものである。
【００６１】
具体的には、この補正値は、例えばファイン系カメラ２２１〜２２３が各々所定の基準となる黒画像（輝度一様な画像）を撮像している状態において、各ファイン系カメラ２２１〜２２３から出力される撮像信号のレベル（所定の信号強度）を検出することにより求められる。
あるいはまた、ファイン系カメラ２２１〜２２３から出力される信号において基準の黒レベルを示すこととされている部分の波形のレベルに基づいて求められる。
信号処理部２８０は、適宜ファイン部２２９を介してファイン系カメラ２２１〜２２３よりオフセット補正値を検出し、ファイン部２２９内のＡＤ変換モジュール５２０のオフセット補正部５４０を更新する。
【００６２】
また、ファイン部２２９は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１、Ｙ方向計測用ファインカメラ２２２及び指標マーク計測用カメラ２２３から入力される映像信号（アナログ映像信号）をモニター用映像出力ライン２７１を介してモニター２９０に出力する。本実施形態においては、ファイン系カメラ２２１〜２２３から各々独立にモニター２９０に対して映像信号が出力されるものとする。ファイン部２２９は、オペレータの選択操作に基づいて図示せぬ信号線を介して入力される選択信号に基づいて、各映像信号のモニター２９０への出力を制御する。これにより、ファイン系カメラ２２１〜２２３で撮像された画像が、例えばオペレータ等の確認のためにモニター２９０に表示される。
【００６３】
ウエハアライメント系２００のフォーカスカメラ２３１は、ウエハ・アライメントセンサー１１７の照明光の光軸方向（フォーカス方向）における、その照明光の結像面に対するウエハＷ表面の相対的位置関係を検出するために、ウエハＷの表面に斜め方向から入射した光束を検出するためのＣＣＤカメラである。本実施形態においては、フォーカスカメラ２３１も、サーチカメラ２１１と同様に、フレーム周波数がＮＴＳＣ規格のカメラに対して２倍になっており、１フレームの画像を１／６０で取り込むことが可能なプログレッシブスキャン方式の倍速カメラで構成されているものとする。
【００６４】
フォーカス部２３９は、フォーカスカメラ２３１の制御部であるとともに、フォーカスカメラ２３１と信号処理部２８０とのインターフェイス部である。フォーカス部２３９は、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０から入力される制御信号に基づいて、フォーカスカメラ２３１を制御する。
また、フォーカス部２３９は、フォーカスカメラ２３１から入力される映像信号（アナログ映像信号）から、信号処理部２８０から入力される制御信号、あるいはまた、位置モニター部２４０からフォーカス信号蓄積制御線２７３を介して入力されるフォーカス情報の蓄積指示信号に基づいてフォーカスカメラ２３１からの画像をフォーカス情報として取り込む。そして、その画像信号をＡＤ変換してデジタル画像信号に変換した後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
その際フォーカス部２３９は、信号処理部２８０からの制御信号に基づいて、必要に応じてデジタル画像信号の圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行った上で、その符号化した信号をデータ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
【００６５】
フォーカスカメラ２３１とフォーカス部２３９内のＡＤ変換器との接続形態も、図５を参照して説明したサーチ系カメラ２１１及び２１２とサーチ部２１９内のＡＤ変換器との接続形態と同じである。すなわち、図５に示すように、フォーカスカメラ２３１としてのＣＣＤカメラ５１０と、フォーカス部２３９内に含まれるＡＤ変換モジュール５２０とは、ケーブル５３０により導電接続されている。すなわち、ＡＣカップリングとは異なり実際に電流が流れるように電気的に直接的に接続されている。
【００６６】
また、フォーカス部２３９内のＡＤ変換モジュール５２０においてもオフセット補正部５４０が具備されており、ＣＣＤカメラ５１０（フォーカスカメラ２３１）に固有の所定のＤＣレベルで、撮像信号のオフセット（直流成分）の補正を行なうようになっている。ＡＤ変換モジュール５２０においては、信号処理部２８０から光伝送路２７０を介してフォーカス部２３９に送信されたオフセット補正値が、ソフトウエアにより制御されて設定され、その補正値により補正がなされるようになっている。
また、このオフセット補正値は、信号処理部２８０の制御によりフォーカス部２３９を介してＣＣＤカメラ５１０（フォーカスカメラ２３１）が駆動されて計測されるものである。
【００６７】
具体的には、この補正値は、例えばフォーカスカメラ２３１が各々所定の基準となる黒画像（輝度一様な画像）を撮像している状態において、フォーカスカメラ２３１から出力される撮像信号のレベルを検出することにより求められる。あるいはまた、フォーカスカメラ２３１から出力される信号において基準の黒レベル（所定の信号強度）を示すこととされている部分の波形のレベルに基づいて求められる。
信号処理部２８０は、適宜フォーカス部２３９を介してフォーカスカメラ２３１よりオフセット補正値を検出し、フォーカス部２３９内のＡＤ変換モジュール５２０のオフセット補正部５４０を更新する。
【００６８】
また、フォーカス部２３９は、フォーカスカメラ２３１から入力される映像信号（アナログ映像信号）をモニター用映像出力ライン２７１を介してモニター２９０に出力する。ファイン部２２９は、オペレータの選択操作に基づいて図示せぬ信号線を介して入力される選択信号に基づいて、各映像信号のモニター２９０への出力を制御する。これにより、フォーカスカメラ２３１で撮像された画像が、例えばオペレータ等の確認のためにモニター２９０に表示される。
【００６９】
位置モニター部２４０は、レーザ干渉計１１３から入力されるウエハステージ１１０の位置を示す干渉計データ（位置座標情報）を、位置データ通信用光伝送路２７２を介して信号処理部２８０に送出する。
また、位置モニター部２４０は、その干渉計データを監視し、ウエハステージ１１０の位置座標値が、信号処理部２８０より図示せぬ制御線を介して予め設定されたフォーカス信号蓄積位置と等しくなった場合に、フォーカス信号蓄積制御線２７３を介してフォーカス部２３９に対して、フォーカス情報の蓄積を指示する信号を出力する。
【００７０】
データ通信用光伝送路２７０は、サーチ部２１９、ファイン部２２９、フォーカス部２３９及び信号処理部２８０を接続する伝送手段である。本実施形態において、データ通信用光伝送路２７０は、光ファイバーを伝送媒体として構成された光リンク等の高速なデジタル光信号伝送路、すなわち光通信ネットワークである。
本実施形態において、データ通信用光伝送路２７０は、サーチ部２１９、ファイン部２２９、フォーカス部２３９及び信号処理部２８０（データ通信用光伝送路２７０に接続されるこれらの構成部をノードと総称する）をループ状に接続する。これらの各ノードは、各々がデータ通信用光伝送路２７０のデータの送受信をコントロールするバスコントローラを具備しており、これらのコントローラが順次データパケットを送信し、受信し、あるいは中継することにより、任意のノード間で所望のデータパケットの送受信が行なわれる。
【００７１】
このような構成のデータ通信用光伝送路２７０を介して、サーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９から信号処理部２８０へ、画像信号やセンサー出力信号等のデジタルデータが伝送される。信号処理部２８０に伝送されたデジタルデータは、入出力バッファ等を介するのみで、直ちに、すなわち実質的に直接、信号処理部２８０内においてＣＰＵがアクセスする主記憶（メモリ）２８１に記憶される。
また、本実施形態においては、信号処理部２８０からサーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９へのコマンド、パラメータ等の転送も、このデータ通信用光伝送路２７０を介して行なわれる。
【００７２】
モニター用映像出力ライン２７１は、サーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９からモニター２９０へモニター用の映像信号を伝送する伝送系である。
【００７３】
位置データ通信用光伝送路２７２は、位置モニター部２４０から信号処理部２８０にレーザ干渉計１１３の干渉計データを送信するための伝送手段であり、光伝送路２７０と同様に、光ファイバーを伝送媒体として構成された光リンク等の高速なデジタル光信号伝送路、すなわち光通信ネットワークである。
【００７４】
信号処理部２８０は、露光装置１００の各部を制御する制御部である。ウエハアライメント系２００に係る処理として、信号処理部２８０は、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３、及び、フォーカスカメラ２３１を介して入力されるアライメントマーク等の撮像信号に基づいて、そのマークの所望方向の１次元信号波形を検出する。また、そのマークの信号波形に基づいて、そのマークの位置を検出する処理を行なう。また、ウエハ上の６箇所のＥＧＡショットの位置計測結果に基づいて、演算統計処理によりウエハ上の全てのショット領域の位置を算出するＥＧＡ演算処理を行なう。
【００７５】
モニター２９０は、例えばオペレータ等が、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３及びフォーカスカメラ２３１で撮像した画像を観察するためのモニターであり、モニター用映像出力ライン２７１を介して転送された画像信号が表示される。
【００７６】
なお、前述したように、本実施形態ではウエハアライメント系２００が具備するサーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３及びフォーカスカメラ２３１は、何れもフレーム周波数がＮＴＳＣ規格の通常のカメラの２倍となっている倍速カメラとしている。しかしながら、全てを倍速カメラとせずに、一部のカメラは従来から使用している上述のような通常のカメラを用いるようにしてもよい。例えば、サーチ系カメラ２１１，２１２を通常カメラとすることが考えられる。この場合には、ファイン部２２９、フォーカス部２３９及び信号処理部２８０においては、倍速カメラによる映像信号と、画像カメラ（サーチカメラ２１１，２１２）による映像信号（従来から使用している通常のフレーム周波数の映像信号）とを同時に処理できる構成となっている。
【００７７】
そのために、これら各制御部２２９，２３９及び２８０は、各々が、図６に示すような同期信号生成回路（クロック生成回路）６００を具備する。同期信号生成回路６００は、倍速カメラの動作周波数に対応した第１の同期信号ＣＬＫ１を生成するクロック発生回路６１０と、クロック発生回路６１０により生成された第１の同期信号ＣＬＫ１を、例えば１／２の周波数に分周して第２の同期信号ＣＬＫ２を得る分周回路６２０とを有し、第１の同期信号ＣＬＫ１及び第２の同期信号ＣＬＫ２の２系統の同期信号を出力する。なお、これら第１の同期信号ＣＬＫ１及び第２の同期信号ＣＬＫ２自体も、図６にその信号波形を示すように、相互に同期した信号である。なお、この場合サーチ部２１９には上述の同期信号ＣＬＫ２と同じ周波数で且つＣＬＫ２と同期した信号が与えられることになる。
【００７８】
ファイン部２２９、フォーカス部２３９及び信号処理部２８０においては、これら２つの同期信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２を内部で生成し、入力される信号に基づいてクロックを適宜選択して動作することにより、通常の映像信号に同期した信号及び倍速カメラによる映像信号に同期した信号の何れの信号に対しても、これを処理することができる。
具体的には、ファイン部２２９、フォーカス部２３９及び信号処理部２８０において、これら２系統に信号が入力された場合には、何れか一方の同期信号を（通常、遅い第２の同期信号ＣＬＫ２）その２系統の信号に共通的に使用する同期信号として選択し、この同期信号により各信号を処理することにより、これらを同一の信号処理系により処理することができる。
【００７９】
次に、このような構成のウエハアライメント系２００の動作について図７を参照して説明する。
図７は、そのアライメント処理の流れを示すフローチャートである。
前工程が完了したウエハＷがウエハステージ１１０にプリアライメントされた状態でロードされることによりアライメントが開始される（ステップＳ１０）。
まず、ステージ制御系１１４が駆動装置１１１を介してウエハステージ１１０を駆動することでウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ用観察視野ＶＳの視野中心に、第１のサーチショット領域ＳＳ１のアライメントマーク（第１のサーチマーク）を移動させる（ステップＳ１２）。なお、ウエハＷの位置は、ウエハステージ１１０を介してレーザ干渉計１１３により高精度にモニターされており、このモニター結果に基づきステージ制御系１１４がウエハＷの位置を高精度に位置決めする。
【００８０】
ウエハＷの移動が完了すると、ウエハ・アライメントセンサー１１７は、フォーカス調整を行なった後に、ハロゲンランプ等からの照明ビームで照明されたサーチショット領域ＳＳ１を撮像する（ステップＳ１４）。すなわち、サーチ用光学系のサーチカメラ２１１で、例えば図３に示すように設定される観察視野ＶＳの画像を撮像する。
撮像して得られた撮像信号（画像信号）は、サーチ部２１９でデジタル信号に変換された後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に出力され、信号処理部２８０内のメモリ２８１に記憶される。
なおこの時に指標マーク計測用カメラ２２３でも赤外光を用いて指標マークの計測を行なう。
【００８１】
第１のサーチショット領域ＳＳ１の画像を取り込んだ信号処理部２８０は、取り込んだ画像信号に基づいて、第１のサーチマークの位置計測（サーチ計測）を行なう（ステップＳ１６）。すなわち、第１のサーチマークのサーチカメラ２１１の視野を基準とした座標値（位置情報）を計測する。
【００８２】
第１のサーチマークのサーチ位置計測が終了したら、次に計測すべきサーチマークの有無を判別する（ステップＳ１８）。ここでは、次に計測すべきサーチマークとして第２のサーチマーク（サーチショットＳＳ２に付随したマーク）が存在するので、この第２のサーチマークのサーチ位置計測を上記と同様にして行なう（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。
すなわち、ステップＳ１２の処理に戻って、ウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ用観察視野ＶＳの視野中心に第２のサーチショット領域ＳＳ２のアライメントマークを移動させ（ステップＳ１２）、フォーカス調整の後、ウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ用光学系のサーチカメラ２１１により、そのサーチ視野内を撮像する（ステップＳ１４）。撮像された画像信号は、サーチ部２１９内でＡＤ変換してデジタル信号に変換され、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に転送される。そして、サーチカメラ２１１で撮像された撮像信号に基づいて、第２のサーチショット領域ＳＳ２のサーチマークの座標値（位置情報）が求められる（ステップＳ１６）。
【００８３】
第１及び第２の２つのサーチマークの撮像が終了し、計測すべきサーチマークの計測が全て終了したら（ステップＳ１８）、信号処理部２８０は、計測された各サーチマークの座標値、及び、対応する設計上の座標値に基づいて演算処理を行ない、ＥＧＡショット毎にウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのファインマークの設計上の座標値を補正する（ステップＳ２０）。
【００８４】
このようなサーチアライメントによりファインマークの座標値（ＥＧＡショットの座標値）が補正されたら、次に、ファインアライメントとしてのＥＧＡを実行する。
本実施形態においては、６箇所のＥＧＡショットＥＳ１〜ＥＳ６に付随したアライメントマークの位置を計測してＥＧＡ処理を行なう。
まず、ウエハ・アライメントセンサー１１７のファイン光学系の観察視野ＶＦの位置に、第１のＥＧＡショットＥＳ１のファインアライメント用マークが配置されるようにウエハステージ１１０（ウエハＷ）を移動させる（ステップＳ２４）。
【００８５】
ウエハＷの移動が完了すると、ウエハ・アライメントセンサー１１７は、フォーカス調整を行なった後に、ハロゲンランプ等からの照明ビームで照明されたＥＧＡショット領域ＥＳ１を撮像する（ステップＳ２６）。すなわち、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２で、各々観察視野ＶＦＸ及びＶＦＹの画像を撮像する。
撮像して得られた撮像信号（画像信号）は、ファイン部２２９でデジタル信号に変換された後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に出力され、信号処理部２８０内のメモリ２８１に記憶される。
そして、信号処理部２８０は、取り込んだ画像信号に基づいて、ファインマークの位置計測を行なう（ステップＳ２８）。
【００８６】
第１のＥＧＡショット領域ＥＳ１のアライメントマーク（ファインマーク）の位置計測が終了したら、次に計測すべきファインマークの有無を判別する（ステップＳ３０）。ここでは、次に計測すべきファインマークとして第２のファインマーク（ＥＧＡショットＥＳ２に付随したマーク）が存在するので、この第２のファインマークの位置計測を上記と同様にして行なう（ステップＳ２４〜Ｓ２８）。
【００８７】
すなわち、ステップＳ２４の処理に戻って、ウエハ・アライメントセンサー１１７のファイン用観察視野ＶＦの視野中心に第２のＥＧＡショット領域ＥＳ２のアライメントマークを移動させ（ステップＳ２４）、フォーカス調整の後、ウエハ・アライメントセンサー１１７のファイン用光学系のＸ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２により、ファイン視野（ＶＦＸ及びＶＦＹ）内を撮像する（ステップＳ２６）。撮像された画像信号は、ファイン部２２９内でＡＤ変換してデジタル信号に変換され、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に転送される。そして、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２で各々撮像された撮像信号に基づいて、第２のＥＧＡショット領域ＥＳ２のファインマークの座標値（位置情報）が求められる（ステップＳ２８）。
【００８８】
このような処理を、位置計測すべきＥＧＡショットが存在する間順次繰り返し、全てのＥＧＡショット（本実施形態においては、６個のＥＧＡショットＥＳ１〜ＥＳ６）のマークＭの位置計測が終了したら、それらの位置計測結果を用いてＥＧＡ演算を行なう。
すなわち、各アライメントマークの計測値と設計値とに基づいて最小二乗法等の統計演算処理を行ない、ウエハＷ上のショット領域の配列特性に関する位置情報としてのＸシフト、Ｙシフト、Ｘスケール、Ｙスケール、回転、直交度等の誤差パラメータを算出する。
そして、これらの誤差パラメータに基づいて、ウエハＷ上の全てのショット領域に対して設計上の座標位置を補正する（ステップＳ３２）。
【００８９】
露光装置１００においては、順次投入されるウエハＷに対して、このようなアライメント処理を行なって各ショット領域の位置情報を獲得し、以後、順次その位置情報に基づいてウエハＷを位置合わせし、ウエハＷの各ショット領域に露光を行なう。
【００９０】
このように、本実施形態の露光装置１００においては、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３及びフォーカスカメラ２３１として、倍速カメラを用いている。従って、各カメラにおける画像の取り込みを、通常のＮＴＳＣ規格のカメラと比較して半分の時間で行なうことができる。その結果、高速にマーク等の位置検出を行なうことができ、アライメント処理、ひいては露光処理を高速に、高スループットで行なうことができる。
【００９１】
また、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３及びフォーカスカメラ２３１と、サーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９とのインターフェイス部において、これらの各カメラと信号処理系側のＡＤ変換部とは、電気的に直結しており、オフセット成分の補正は、各カメラに固有の補正値を用いて行っている。また、その補正値を画像の途中では変更することは無く、１枚の画像については同一のオフセット補正値を用いて補正を行なうようにしている。
従って、１枚の画像をカメラから信号処理系に転送する際に、オフセット成分が変動して信号レベルが不安定になることは無く、安定した信号を取り込むことができる。その結果、高品質な画像信号を取り込むことができ、高精度な位置計測が行なる。
【００９２】
また、そのオフセット補正値は、信号処理部２８０の制御により、ソフトウエアにより適宜変更することができる。従って、取り込む画像やカメラの特性等に適応した最適な補正値をセットすることができ、その点でもより高精度な位置計測が行なる。
【００９３】
なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【００９４】
例えば、本実施形態において、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３及びフォーカスカメラ２３１は、倍速カメラとしたが、通常のカメラの２倍速のカメラにのみ限定されるものではなく、図６に示した同期信号生成回路において、各カメラからの映像信号のフレーム周波数に同期した複数系列の同期信号を生成し、それら複数の同期信号の位相差を調整できるようにしておけば（すなわち、サイクルタイムの異なる複数系列の信号の同期をとれるようにしておけば）、任意の周波数の信号に対して、混在して信号処理が可能である。本発明はそのように適用してもよい。
【００９５】
また、前述したウエハアライメント系２００においては、サーチ系カメラ２１１及び２１２に対してサーチ部２１９、ファイン系カメラ２２１〜２２３に対してフォーカス部２３９、及び、フォーカスカメラ２３１に対してフォーカス部２３９というように、各ＣＣＤカメラに対してインターフェイス部を設けていた。しかしながら、このような入力センサーとインターフェイス部との構成は、このような場合に限られるものではなく、任意に変更してよい。
【００９６】
また、サーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９等は、必要に応じて信号処理部２８０への送出対象のデジタル信号に対して、圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行なうものとしたが、この加工の形態、種類も、信号圧縮にのみ限られるものではなく任意の加工を行なってよい。例えば、画像信号に対するフィルタリング、必要な信号のみの抽出、所望の関数に基づく変換等の任意の処理を行なってよい。
【００９７】
また、ウエハアライメント系２００は、信号波形を生成したりＥＧＡ計測等を行なう信号処理部として、１つの信号処理部２８０のみを具備する構成であったが、複数の信号処理部が協働して前述したような各処理を行なうような構成であってもよい。その場合には、それら複数の信号処理部もデータ通信用光伝送路２７０を介して接続するのが好適である。
また、そのような複数の信号処理部を具備する構成において、サーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９、それらから送出されるデータ、及び、その複数の信号処理部の間でのデータ処理の形態、機能の分散形態、信号処理の方式等、すなわち信号処理系としてのアーキテクチャーは、任意に構成でよい。
【００９８】
また、前述したデータ通信用光伝送路２７０及び位置データ通信用光伝送路２７２としての光ネットワークの物理的な仕様、通信プロトコル等も任意の規格、任意のプロトコルを使用してよい。
【００９９】
また、サーチ計測のショット数は２以上であれば任意の数でよく、ＥＧＡ計測のショット数は３以上であれば任意の数でよい。また、そのマークの形状も任意でよい。
その他、露光装置１００の構成、ＥＧＡ計測の方式（演算モデルや算出パラメータ等）等も、何ら本実施形態に限定されるものではなく、任意の構成、方式でよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した露光装置で処理するウエハ上に配置されるアライメント計測ショットを説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示した露光装置のウエハ・アライメントセンサーの観察視野及び観察対象のマークの例を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示した露光装置のウエハアライメントに関する信号処理系（ウエハアライメント系）の構成を示す図である。
【図５】図５は、図４に示した信号処理系における、カメラと信号処理系のインターフェイス部の構成を示す図である。
【図６】図６は、図４に示した信号処理系の各制御系が具備する、複数の同期信号を生成する回路及びその同期信号を示す図である。
【図７】図７は、図１に示した露光装置を用いたウエハアライメント方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、従来の信号処理系におけるカメラと信号処理系のインターフェイス部の構成を示す図である。
【図９】図９は、図８に示したインターフェイス部を介して２次元映像信号を転送する場合に生じる走査線方向の信号のレベルのばらつきを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１００…露光装置
１０２…光源
１０３…反射鏡
１０４…波長選択フィルタ
１０５…オプティカルインテグレータ
１０６…レチクルブラインド
１０７…反射鏡
１０８…レンズ系
１０９…投影光学系
１１０…ウエハステージ
１１１…駆動装置
１１２…移動鏡
１１３…レーザ干渉計
１１４…ステージ制御系
１１５…主制御系
１１６…レチクル・アライメントセンサー
１１７…ウエハ・アライメントセンサー
１１８…基準マーク部材
１１９…アライメント制御系
１２０…レチクルステージ
１２１…入力部
２００…ウエハアライメント系
２１１…サーチカメラ
２１２…観察カメラ
２１９…サーチ部
２２１…Ｘ方向計測用ファインカメラ
２２２…Ｙ方向計測用ファインカメラ
２２３…指標マーク計測用カメラ
２２９…ファイン部
２３１…フォーカスカメラ
２３９…フォーカス部
２４０…位置モニター部
２７０…データ通信用光伝送路
２７１…モニター用映像出力ライン
２７２…位置データ通信用光伝送路
２７３…フォーカス信号蓄積制御線
２８０…信号処理部
２９０…モニター
５１０…ＣＣＤカメラ
５２０…ＡＤ変換モジュール
５３０…導電線路
５４０…オフセット補正部
６００…同期信号生成回路
６１０…クロック発生回路
６２０…分周回路
８１０…ＣＣＤカメラ
８２０…ＡＤ変換モジュール
８２１…ＤＣクランプ回路
９１０…２次元画像信号
９２０…パターン部
９３０…水平方向１次元信号波形
９４０…垂直方向１次元信号波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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