(57)【要約】【課題】処理効率を高め、マークの位置情報の検出精度を向上する。【解決手段】ウエハ上に形成されたマークＭＸp，ＭＹpを含む領域の撮像データから得られる、その領域に対応する波形データのマーク波形らしさを示すスコアＳを算出し、２つの閾値値（Ｔ1，Ｔ2）と比較する。例えばスコアＳが良好である場合（Ｓ＜Ｔ1）には、そのウエハに対する処理を当初の予定どおり実行したり、良好でない場合（Ｓ≧Ｔ2）には、その後のウエハに対する処理を中断したり、どちらともいえない場合（Ｔ1≦Ｓ＜Ｔ2）には、そのウエハに対する幾つかの処理を省略したりすることができるようになる。このようにすれば、マーク波形パターンが著しく崩れていない限りは、ウエハに対する処理を中断しないので、ウエハに対する処理効率を向上させることが可能となる。【選択図】図４
2006294854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に形成された複数のマークを検出するマーク検出方法であって、
前記物体上のいずれか１つのマークを含む領域に対応する光電変換信号の波形を取得する取得工程と；
前記波形のマーク波形らしさを示す指標値を算出する算出工程と；
前記算出された指標値を、複数の異なる閾値と比較して、その比較結果に応じてその後の処理内容を決定する決定工程と；を含むマーク検出方法。
【請求項２】
前記複数の異なる閾値には、第１の閾値と、該第１の閾値よりも条件的に緩和された値である第２の閾値とが含まれ、
前記決定工程では、
前記取得工程で取得された波形を用いて当該マークの位置情報の検出を行うか否かを、前記第１の閾値を基準として決定し、かつ、
前記物体に対する処理を続行するか否かを、前記第２の閾値を基準として決定することを特徴とする請求項１に記載のマーク検出方法。
【請求項３】
前記決定工程では、
前記第２の閾値を満たせなかったマーク波形の個数が第１所定数以上であれば、又は、計測したマーク個数全体に対して第１割合以上であれば、前記物体に対する処理を中断することを特徴とする請求項２に記載のマーク検出方法。
【請求項４】
前記決定工程では、
前記第１の閾値を満たせなかったマーク波形の個数が第２所定数以上であれば、又は、計測したマーク個数全体に対して第２割合以上であれば、前記物体に対する処理を中断することを特徴とする請求項２又は３に記載のマーク検出方法。
【請求項５】
前記決定工程では、
前記指標値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にある場合には、前記波形を用いて前記マークの位置情報を検出することなく、前記物体上の他のマークに対し、前記取得工程と、前記算出工程と、前記決定工程とを行うことを決定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項６】
前記取得工程の際の前記光電変換信号の波形の取得条件を、それ以前の取得工程に使用していた取得条件とは異なる条件に切り替えて、前記他のマークに対応する光電変換信号の波形を取得することを特徴とする請求項５に記載のマーク検出方法。
【請求項７】
前記決定工程では、
前記指標値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にある場合には、前記波形の取得条件を変更して、前記マークに対し、前記取得工程と、前記算出工程と、前記決定工程とを再び行うことを決定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項８】
前記取得条件は、前記マークを照明する照明光学系の開口数と、該照明に使用される照明光の波長とのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載のマーク検出方法。
【請求項９】
複数のマークが形成された物体の位置合わせを行う位置合わせ方法であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のマーク検出方法を用いて検出されたマークの位置情報を用いて、前記物体の位置合わせを行う工程を含む位置合わせ方法。
【請求項１０】
マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光方法であって、
請求項９に記載の位置合わせ方法を用いて複数のマークが形成された物体の位置合わせを行う工程と；
前記位置合わせされた物体に対し前記パターンを転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項１１】
物体上に形成された複数のマークの検出処理を、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記物体上のいずれか１つのマークを含む領域に対応する光電変換信号の波形を取得する取得手順と；
前記波形におけるマーク波形らしさを示す指標値を算出する算出手順と；
前記算出された指標値を、複数の異なる閾値と比較して、その比較結果に応じてその後の処理内容を決定する決定手順と；をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
前記複数の異なる閾値には、第１の閾値と、該第１の閾値よりも条件的に緩和された値である第２の閾値とが含まれ、
前記決定手順では、
前記取得手順で取得された当該マークの波形を用いて当該マークの位置情報の検出を行うか否かを、前記第１の閾値を基準として決定し、かつ、
前記物体に対する処理を続行するか否かを、前記第２の閾値を基準として決定する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１１に記載のプログラム。
【請求項１３】
前記決定手順では、
前記指標値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にある場合には、前記波形を用いて前記マークの位置情報を検出することなく、前記物体上の他のマークに対し、前記取得手順と、前記算出手順と、前記決定手順とを実行することを決定する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプログラム。
【請求項１４】
前記決定手順では、
前記指標値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にある場合には、前記波形の検出条件を変更して、前記マークに対し、前記取得手順と、前記算出手順と、前記決定手順とを再び実行することを決定する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のプログラム。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のプログラムを実行するコンピュータと；
該コンピュータの処理結果に従って、物体上に形成された複数のマークの位置情報の検出を行う位置検出装置と；を備えるマーク計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーク検出方法、位置合わせ方法、露光方法、プログラム及びマーク計測装置に係り、さらに詳しくは、物体上に形成されたマークを検出するマーク検出方法、該マーク検出方法を用いた位置合わせ方法及び該位置合わせ方法を用いた露光方法、物体上に形成された複数のマークを検出するマーク検出するためにコンピュータに実行させるプログラム及び該プログラムを実行するコンピュータを備えるマーク計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子等のデバイスの製造工程では、ステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等の露光装置、ウエハプローバ、或いはレーザリペア装置等が用いられている。これらの装置では、基板上に配置された複数のショット領域の各々を、基板の移動位置を規定する静止座標系（すなわちレーザ干渉計によって規定される直交座標系、これをステージ座標系とする）内の所定の基準点（例えば、各種装置の加工処理点）に対して極めて精密に位置合わせ（アライメント）する必要がある。
【０００３】
特に、露光装置では、基板（以下、「ウエハ」という）上に１０層以上の回路パターン（レチクルパターン）を重ね合わせて転写するが、各層間での重ね合わせ精度が良好でない場合には、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、歩留まりを低下させてしまう。そこで、露光装置では、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、ステージ座標系におけるそのマークの位置（座標値）を検出する。しかる後、このマーク位置情報と既知のレチクルパターンの位置情報（これは事前測定されている）とに基づいてウエハ上の１つのショット領域をレチクルパターンに対して位置合わせするウエハアライメントが行われる。
【０００４】
このウエハアライメントにおいては、ステージ座標系におけるアライメントマークを含むウエハ上の領域に対応する光電変換信号（例えば、その領域を撮像することにより得られる画像信号）を表す波形データを取得し、その波形データに対し所定の波形処理を施すことにより、その領域に含まれるマークに相当する波形パターンとみられる部分を抽出し、波形データにおけるその部分の位置情報に基づいて、ステージ座標系におけるアライメントマークの位置情報を算出している。したがって、このウエハアライメントを正確に行うためには、マークの位置情報を精度良く算出することができるように、マークの形状等に基づく波形パターンが正確に再現された波形データが取得されることが必要不可欠となる。
【０００５】
そこで、従来より、露光装置では、波形データを用いたマークの位置情報の検出に先立って、取得された波形データが、マークの位置情報を精度良く検出することができる程度にマークの波形パターンを正確に再現したもの、すなわちマーク波形らしいものであるかどうかを判断している。この判断においては、その波形のマーク波形らしさを示す指標値を算出し、その指標値が予め設定されていた閾値よりも低い場合には、この波形データを用いてマーク位置情報を精度良く算出することが望めないため、これ以上このウエハに対し処理を続行することが困難であるものとして、いわゆる「マーク検出エラー」を発生させ、そのウエハに対する処理を中断して、そのウエハをリジェクトしていた。
【０００６】
しかしながら、波形データがマーク波形らしくないと評価されたとしても、中には、そのマークの形だけが崩れていて、ウエハ上の他のマークの形は崩れていない場合や、指標値を検出するための装置パラメータが誤設定などで、良好な波形を取得できない状態となっているだけで、ウエハ側の原因ではないだけの場合もあり、このような場合にもプロセスを逐一中断するのは、生産効率の点からすると望ましいものではない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の観点からすると、物体上に形成された複数のマークを検出するマーク検出方法であって、前記物体上のいずれか１つのマークを含む領域に対応する光電変換信号の波形を取得する取得工程と；前記波形のマーク波形らしさを示す指標値を算出する算出工程と；前記算出された指標値を、複数の異なる閾値と比較して、その比較結果に応じてその後の処理内容を決定する決定工程と；を含むマーク検出方法である。
【０００８】
これによれば、波形のマーク波形らしさを示す指標値を比較する閾値を複数設けている。このようにすれば、その指標値が複数の異なる閾値によって規定されるどの区間内に含まれるかによって、その後の処理内容をフレキシブルに決定することができるようになる。例えば、閾値を２つ設定した場合には、指標値が良好である場合と、指標値が良好でない場合と、良好とも良好でないともいえない場合との３つに場合分けすることが可能となるので、指標値が良好である場合には、その物体に対する処理を当初の予定どおり実行したり、良好でない場合には、その後の物体に対する処理を中断したり、どちらともいえない場合には、その物体に対する幾つかの処理を省略したりすることができるようになる。このようにすれば、指標値が良好とも良好でないともいえない場合には、プロセスを停止させることなく、他のマークの計測処理に移行することができるようになるので、その物体に対する処理効率を向上させることが可能となる。また、評価内容が複数種類存在する場合には、それぞれの評価の基準となる閾値を別々に設定することができるので、それぞれの閾値を厳格に設定することができるようになり、処理精度を高めることもできるようになる。
【０００９】
本発明は、第２の観点からすると、複数のマークが形成された物体の位置合わせを行う位置合わせ方法であって、本発明のマーク検出方法を用いて検出されたマークの位置情報を用いて、前記物体の位置合わせを行う工程を含む位置合わせ方法である。かかる場合には、本発明のマーク検出方法を用いて検出されたマークの位置情報に基づいて物体の位置合わせを行うので、高精度かつ高効率な物体の位置合わせが可能となる。
【００１０】
本発明は、第３の観点からすると、マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光方法であって、本発明の位置合わせ方法を用いて複数のマークが形成された物体の位置合わせを行う工程と；前記位置合わせされた物体に対し前記パターンを転写する工程と；を含む露光方法である。かかる場合には、本発明の位置合わせ方法を用いて位置合わせされた物体に対してパターンの転写を行うため、高精度かつ高スループットな露光が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
≪第１の実施形態≫
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１には、本発明のマーク検出方法が適用される第１の実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。
【００１２】
この露光装置１００は、不図示の照明系、レチクルＲが載置されるレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、フォトレジストが塗布されたウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ、アライメント系ＡＳ及び装置全体を統括制御する主制御装置２０等の制御系を含んで構成されている。
【００１３】
不図示の照明系は、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で回路パターン等が描かれたレチクルＲ上を照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）などの遠紫外光や、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。また、照明光ＩＬにより、照明される領域は、不図示の照明系に備えられたレチクルブラインドでスリット状に規定されており、その領域を、以下では、照明領域（Ｘ軸方向に細長い長方形状の照明領域）ＩＡＲともいう。
【００１４】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクル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、リニアモータ、ボイスコイルモータ等を駆動源とする不図示のレチクルステージ駆動部により、不図示の照明系の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に、設定された走査速度で駆動可能となっており、θｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）にも微小に回転可能となっている。レチクルステージＲＳＴの位置情報、すなわちステージ移動面（ＸＹ平面）内の位置及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の回転量（ヨーイング量）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。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に供給される。ステージ制御装置１９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不図示のレチクルステージ駆動部を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御し、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲの位置を制御する。
【００１５】
前記投影光学系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の方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、両側テレセントリックで所定の縮小倍率β（例えば１／５、又は１／４）を有する屈折光学系が使用されている。このため、不図示の照明系からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲの回路パターンの照明領域部分の縮小像（部分倒立像）が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な投影光学系ＰＬの視野内の露光領域ＩＡに投影され、ウエハＷの表面のレジスト層に転写される。
【００１６】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置されている。このウエハステージＷＳＴ上にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエハステージＷＳＴは、図１のウエハステージ駆動部２４により、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｚ（Ｚ軸回りの回転方向）、θｘ（Ｘ軸回りの回転方向）及びθｙ（Ｙ軸回りの回転方向）の６自由度方向に駆動可能な単一のステージである。ウエハステージＷＳＴの位置情報は、その外部に配置されたウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８により、例えば、０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。ウエハ干渉計１８は、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測可能となっている。ステージ制御装置１９は、主制御装置２０からの指示に応じて、ウエハステージＷＳＴの位置情報に基づいてウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを駆動制御し、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷの位置を制御する。
【００１７】
また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの近傍には、基準マーク板ＦＭが固定されている。この基準マーク板ＦＭの表面は、ウエハＷの表面とほぼ同じ高さに設定され、この表面には少なくとも一対のレチクルアライメント用基準マーク、及びアライメント系ＡＳのベースライン計測用の基準マーク等が形成されている。
【００１８】
前記アライメント系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置された、オフアクシス方式のアライメントセンサである。このアライメント系ＡＳとしては、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（アライメント系ＡＳ内に設けられた指標板上の指標パターン）の像とを撮像素子（ＣＣＤ）等を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のセンサが用いられている。なお、アライメント系ＡＳのアライメントセンサとしては、ＦＩＡ系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。このアライメント系ＡＳの撮像結果は、主制御装置２０へ出力されている。
【００１９】
制御系は、図１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）、メインメモリ、ディスプレイ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、装置全体を統括して制御する。主制御装置２０には、例えばハードディスクから成る記憶装置、キーボード，マウス等のポインティングデバイス等を含んで構成される入力装置、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）、並びにＣＤ（Compact Disc），ＤＶＤ（Digital Versatile Disc），ＭＯ（Magneto-Optical Disc）あるいはＦＤ（Flexible Disc）等の情報記録媒体のドライブ装置（不図示）が、外付けで接続されている。ステージ制御装置１９は、主制御装置２０からの指示に従って、レチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴの制御を行う。
【００２０】
さらに、本第１の実施形態の露光装置１００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を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供給する不図示の照射系と、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不図示の受光系とから成る斜入射方式の多点フォーカス検出系を備えている。この多点フォーカス検出系としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報などに開示されるものと同様の構成のものが用いられ、この多点フォーカス検出系の出力が主制御装置２０に供給されている。ステージ制御装置１９は、主制御装置２０からの指示により、この多点フォーカス検出系からのウエハの位置情報に基づいて、ステージ制御装置１９及びウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ方向及び傾斜方向に駆動する。
【００２１】
また、レチクルＲの上方には、レチクルアライメント検出系（図示省略）が配置されている。このレチクルアライメント検出系は、ＣＣＤカメラなどの撮像素子で撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式の検出系であり、このレチクルアライメント検出系の撮像結果に基づく信号を用いて、後述するレチクルアライメントが行われる。
【００２２】
次に、上述のようにして構成された本第１の実施形態の露光装置１００により、ウエハＷに対して第２層目（セカンドレイヤ）以降の層の露光処理を行う際の動作について、図２（Ａ）〜図４に基づいて説明する。
【００２３】
ウエハＷ上には、図２（Ａ）に示されるように、前層までの処理工程で複数（例えばＮ個）のショット領域ＳＡp（Ｐ＝１、２、３、…）がマトリックス状の配置で形成されている。この配置によって規定される座標系をウエハ座標系とし、Ｘ軸にほぼ平行な軸をα軸とし、Ｙ軸にほぼ平行な軸をβ軸とする。また、図２（Ｂ）に示されるように、隣接するショット領域間の１００μｍ幅程度のストリートライン上に、アライメント用のマークＭＸp、ＭＹp（それぞれは、ラインパターンを３本含む。ライン・アンド・スペース・パターン（Ｌ／Ｓパターン）である）がそれぞれ形成されている。このうち、マークＭＸpのＸ位置は、ショット領域ＳＡp（の中心Ｃp）のＸ座標に設計上一致し、マークＭＹpのＹ位置は、ショット領域ＳＡp（の中心Ｃp）のＹ座標に設計上一致するようになっている。すなわち、設計上は、マークＭＸpのＸ位置とマークＭＹpのＹ位置とにより、ショット領域ＳＡp（の中心Ｃp）の位置座標が求められるようになっている。なお、本第１の実施形態では、ここでショット領域ＳＡpの添え字Ｐは、マークの計測順に付与されているものとする。
【００２４】
なお、上述したようなウエハＷ上のショット領域などに関する情報（ショット数、ショットサイズ、配置、アライメントマークの配置、種類などに関するいわゆるショットマップデータ）は、露光装置１００が稼動するリソグラフィシステムのホストコンピュータから主制御装置２０にダウンロードされているものとし、主制御装置２０及びステージ制御装置１９は、ウエハＷ上の前層のショット領域や、ウエハマークのおおよその位置を算出できるようになっている。
【００２５】
まず、不図示のレチクルローダにより、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードし、レチクルアライメント及びベースライン計測等の準備処理を行なう。具体的には、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板ＦＭを、投影光学系ＰＬの直下に位置決めし、不図示のレチクルアライメント系を用いてレチクルＲ上のレチクルアライメントマークと基準マーク板ＦＭ上の第１基準マークとの相対位置を検出した後、ウエハステージＷＳＴを所定量、例えばベースラインの設計値だけＸＹ平面内で移動させて、アライメント系ＡＳを用いて基準マーク板上の第２基準マークを検出させる。主制御装置２０は、このとき得られるアライメント系ＡＳの検出中心と第２基準マークの相対位置関係及び先に計測したレチクルアライメントマークと基準マーク板ＦＭ上の第１基準マークとの相対位置と、それぞれに対応するウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて、ベースラインを計測する。次に、不図示のウエハローダを用いてウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ２５にウエハＷをロードする。
【００２６】
次に、サーチアライメントを行う。ウエハＷ上には、図２（Ａ）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ＳＡp間のストリートライン上にショット領域ＳＡp毎に形成されたそのショット領域ＳＡp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配置されている。サーチアライメントマークＳＹＭ、ＳθＭは、ショット領域ＳＡpに付随して形成されているので、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。ここでは、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で移動させて、サーチアライメントマークＳＹＭ、ＳθＭを含む領域をアライメント系ＡＳにより撮像し、その撮像結果から得られる波形データから、ステージ座標系におけるそれらのマークの位置情報を算出し、ウエハＷの配列座標系のオフセット成分、回転成分をラフに検出する。後述するウエハアライメントを行う際のウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の移動は、この配列座標系に従って行われることになる。
【００２７】
このようなサーチアライメントの後、ウエハアライメントを行う。図３には、このウエハアライメントを行う際の主制御装置２０の処理アルゴリズムを示すフローチャートが示されている。図３に示されるように、まず、ステップ３０１では、アライメント系ＡＳの倍率をサーチアライメント実行時よりも高倍率に設定し、ステップ３０３では、カウンタ値ｐを１に初期化し、カウンタ値ｉ，ｊ，ｋ，ｒを０に初期化する。次のステップ３０５では、アライメント系ＡＳの撮像視野内に、マークＭＸpが入るように、ウエハステージＷＳＴを移動させ、ステップ３０７では、マークＭＸpを含む領域をアライメント系ＡＳに撮像させる。これにより、その領域の撮像データが取得される。この撮像データは、アライメント系ＡＳのＣＣＤカメラの各画素でのその領域上の点の輝度値のデータ群から成る光電変換信号である。
【００２８】
次のステップ３０９では、取得された撮像データから得られる波形データに対する波形前処理を行う。この波形前処理は、取得した撮像データから得られる波形データが、マークの位置情報を検出することができる程度にマーク波形パターンが崩れていない波形のデータであるか否かなどを判断するために行われる。この判断は、スコアＳと呼ばれる指標値を算出することにより行われる。このスコアＳは、取得した波形に、マークＭＸpに対応するマーク波形パターンがどの程度含まれているかを示す指標値であり、マークＭＸpの波形パターンが有している幾つかの特徴がどの程度波形に現れているかを測る尺度となる値である。
【００２９】
この波形前処理では、まず、撮像データのＹ軸方向の中心付近におけるＸ軸方向の複数本（例えば５０本）の走査線上の強度の分布の平均を求めることによりホワイトノイズを相殺した後、波形の平滑化を行って、平均的なＸ軸方向に関する波形データとしての信号強度分布を求める。次に、その信号強度分布の微分波形を求める。この微分波形には、幾つかのピークが現れるようになり、これら複数のピークが現れた位置が、マークＭＸpのラインパターンのエッジに相当する位置の候補となる。
【００３０】
次に、複数のピークの中から、ラインパターンのエッジに相当するものを選択する。ここでは、そのピークの輝度値が許容範囲にあること、Ｘ軸方向に微分波形を辿った場合に、正のピークと負のピークとが交互に表れること、正のピークから負のピークまでのＸ軸方向の距離が、ラインパターンの設計上の幅とほぼ同じであることなどを条件として、エッジ候補を６つ（本第１の実施形態では、３本のラインパターンを有するＬ／Ｓパターンを採用しているため）に絞り込む。
【００３１】
このマークＭＸpの特徴の１つに、例えば、３本のラインパターンが同一のライン幅を有しているというものがある。以下では、この特徴を、「特徴１」とする。また、マークＭＸpの特徴の１つに、各ラインパターンが、所定間隔でＹ軸方向に沿って並んでいるというものがある。以下では、この特徴を、「特徴２」とする。また、マークＭＸpの特徴の１つに、例えば、各ラインパターンが同様のエッジ形状を有しているというものがある。以下では、この特徴を、「特徴３」とする。
【００３２】
本第１の実施形態では、前述した６つのエッジ候補を用いて、マークＭＸpの各ラインパターンの特徴１〜３に関して、取得した波形データのマーク波形らしさを数値にして表す。
【００３３】
まず、特徴１については、６つのエッジ候補のうちの隣り合うエッジ候補、すなわち−Ｘ側から１番目と２番目のエッジ候補の距離、３番目と４番目のエッジ候補の距離、５番目と６番目のエッジ候補の距離を算出し、それらとラインパターンの設計上の幅との偏差の標準偏差を、特徴量１として算出する。これをΔＳ1とする。
【００３４】
また、特徴２については、６つのエッジ候補のうち、２番目のエッジ候補と３番目のエッジ候補との距離、４番目のエッジ候補と５番目のエッジ候補との距離を算出し、それらとラインパターンの設計上の間隔との偏差の標準偏差を、特徴量２として算出する。これをΔＳ2とする。
【００３５】
また、特徴３については、６つのエッジ候補のピーク値の標準偏差を特徴量３として算出する。これをΔＳ3とする。
【００３６】
これら３つの特徴量ΔＳ1，ΔＳ2，ΔＳ3は、その値が小さければ小さいほど、取得した波形データが、マーク波形らしいということになる。したがって、ここでは、波形のマーク波形らしさを示すスコアＳとして、Ｓ＝ａ・ΔＳ1＋ｂ・ΔＳ2＋ｃ・ΔＳ3を算出する。ａ，ｂ，ｃは重み（正の数）であり、ユーザが自由に設定可能となっている。すなわち、このスコアＳが小さいほど、その波形データをマーク波形らしいと判断することができる。
【００３７】
上述したように、このステップ３０９では、波形前処理として、取得した波形データのマーク波形らしさを示すスコアＳを算出する。
【００３８】
次のステップ３１１では、算出されたスコアＳが、閾値Ｔ1を下回っているか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ３１３に進み、否定されればステップ３１７に進むものとする。ここでの判断は、図４に示されるように、この波形データが、マークの位置情報を検出するのに足るものであるか否かを判定するものであり、Ｓ＜Ｔ1である場合には、その位置情報を検出することができると判断するのである。したがって、判断が肯定された後に実行されるステップ３１３では、カウンタ値ｉを１だけインクリメントし、次のステップ３１５では、波形後処理を行う。この波形後処理とは、実際にこの波形データを精査して、この波形データからマークＭＸpの位置情報を検出する処理のことである。以下では、このマークＭＸpの位置情報の検出処理について説明する。
【００３９】
まず、上述した波形前処理で得られた、Ｘ軸方向の信号強度分布の波形データに対し、例えばディジタルフィルタリング処理の一種であるＳＩＮＣ補間を行い、離散データの波形である上記１次元波形における位置の検出精度を高める。そして、検出精度が高められた１次元波形に対して走査する所定幅の観察窓を用いた相関演算により、その１次元波形の軸方向位置に対する全体の鏡映（反転）対称性相関度を示す相関関数やマークＭＸpの各ラインパターンの反転対称性相関度を示す相関関数などを求め、各反転対称性相関度の相関関数同士を乗じてその相関度を示す波形を尖鋭なものとしたり、２次関数フィッティングを施したりして、検出精度を高めつつ、反転対称性（鏡映対称性）が最大となる位置を、その計測範囲内のマークＭＸpの中心位置（すなわちＬ／Ｓ位置）として検出する。これにより、マークＭＸpの位置情報が精度良く検出される。検出された位置情報は、不図示の記憶装置に格納される。
【００４０】
一方、ステップ３１１の判断が否定されたときに実行されるステップ３１７では、スコアＳが閾値Ｔ2を下回っているか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ３２３に進み、否定されればステップ３１９に進む。この判断は、図４に示されるように、その波形データが、「マーク検出エラー」を発生させるべきものであるか否かを判断するために行われる。ここでは、Ｓ≧Ｔ2であれば、ステップ３１９に進み、カウンタ値ｋを１だけインクリメントし、次のステップ３２１では、カウンタ値ｋが、その最大値ｋmaxを超えたか否かを判断する。カウンタ値ｋは、Ｓ≧Ｔ2となったマークＭＸpの数を示しており、ここでは、その数が所定数ｋmaxを超えたときに判断が肯定される。判断が肯定されると、「マーク検出エラー」を発生させるべく、ステップ３４９のアラーム処理に進み、不図示の表示装置に「マーク検出エラー」を表示させ、ウエハアライメントを強制終了し、ウエハＷのプロセスを中断させる。また、ステップ３２１における判断が否定されると、ステップ３２３に進む。
【００４１】
一方、ステップ３１７で判断が肯定された場合には、図４に示されるように、スコアＳは、Ｔ1とＴ2との間にあることになる。すなわち、このＴ1≦Ｓ＜Ｔ2となった波形データは、必ずしもマーク波形らしいものではなく、マークの位置情報を高精度に検出することができるものではないが、「マーク検出エラー」を発生させるほどマークの波形パターンが崩れていない波形であるものとみなし、この場合には、ステップ３１３におけるカウンタ値ｉのインクリメントと、ステップ３１５における波形後処理（すなわちマークの位置情報の検出）を行うことなく、ステップ３２３に進むものとする。
【００４２】
ステップ３１５終了後、ステップ３１７で判断が肯定された後、又はステップ３２１で判断が否定された後に行われるステップ３２３では、アライメント系ＡＳの撮像視野内にマークＭＹpが入るように、ウエハステージＷＳＴを移動させ、次のステップ３２５では、マークＭＹpを含む領域をアライメント系ＡＳに撮像させる。これにより、その領域の撮像データが取得される。
【００４３】
次のステップ３２９〜ステップ３３９までの処理は、上述したマークＭＸpに対するステップ３１１〜ステップ３２１までの処理と同じである。すなわち、ステップ３２７で、マークＭＹpの含む撮像データに対する波形前処理を行ってそのスコアＳを算出し、そのスコアＳが閾値Ｔ1よりも小さければ、ステップ３２９の判断が肯定され、ステップ３３１でカウンタ値ｊがインクリメントされ、ステップ３３１でマークＭＹpの位置情報が検出され、ステップ３４３に進む。また、そのスコアＳがＴ1とＴ2との間にあれば、波形後処理（マークＭＹpの位置情報の検出）を行うことなく、ステップ３４３に進む。また、スコアＳが、閾値Ｔ2よりも大きければ、ステップ３３７に進み、カウンタ値ｒを１だけインクリメントし、次のステップ３３９では、カウンタ値ｒが、その最大値ｒmaxを超えたか否かを判断する。カウンタ値ｒは、Ｓ≧Ｔ2となったマークＭＹpの数を示しており、ここでは、その数が所定数ｋmaxを超えたときに判断が肯定される。判断が肯定されると、「マーク検出エラー」を発生させるべく、ステップ３４９のアラーム処理に進み、不図示の表示装置に「マーク検出エラー」を表示させ、ウエハアライメントを強制終了し、ウエハＷのプロセスを中断させる。
【００４４】
ステップ３３３終了後、ステップ３３５で判断が肯定された後、又はステップ３３９で判断が否定された後に実行されるステップ３４３では、カウンタ値ｐを１だけインクリメントさせ、次のステップ３４５では、カウンタ値ｉ，ｊがそれぞれ、ウエハアライメントに必要な計測マーク数Ｓmax以上になったか否かを判断する。この判断が肯定されれば、ステップ３４７に進み、否定されれば、ステップ３０５に戻る。ここでは、まだ、最大でもｉ＝１、ｊ＝１なので、判断は否定され、ステップ３０５に戻る。
【００４５】
この時点で、ステップ３０１〜ステップ３４５の処理により、マークＭＸ1，ＭＹ1に対する撮像及び波形前処理が行われたことになる。そして、それぞれのマークを含む領域の撮像データから得られる波形のマーク波形らしさが評価され、マーク波形らしいと評価された場合には、そのマークＭＸ1，ＭＹ1の位置情報の検出が行われ、マーク波形らしくはないが、その波形が著しく崩れてはいない場合には、その波形を用いてマークＭＸ1，ＭＹ1の位置情報を検出を行わず、マーク波形らしさが全くみられない波形が所定数（ｋmax,，ｒmax）以上となった場合には、「マーク検出エラー」を発生させるようになる。ここで、カウンタ値ｉ，ｊは、それぞれＸ、Ｙ軸方向において、位置情報検出済みのマーク数を表し、ステップ３４５では、位置情報検出済みのマーク数ｉ，ｊがともにウエハアライメントに必要な数Ｓmaxを超えたか否かが判断されることになる。
【００４６】
以降、このように、必要な数Ｓmaxだけマークの位置情報が検出されるか、又は、ステップ３２１、３３９における判断が肯定され、ステップ３４９におけるアラーム処理が行われるまで、ステップ３０５〜ステップ３４５のループが繰り返され、マークＭＸp，ＭＹpを含む波形データに対する処理が行われる。
【００４７】
ステップ３４５における判断が肯定されると、ステップ３４７に進む。ステップ３４７では、これまでに検出されたマークの位置情報を用いて、ＥＧＡ方式で行われている統計処理方法により全てのショット領域の配列座標を算出する、いわゆるＥＧＡ演算を行う。これにより、ウエハＷ上の全てのショット領域のステージ座標系（静止座標系）上における配列座標が算出される。この処理については、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに開示されているので、詳細な説明を省略する。ステップ３４７終了後は、ウエハアライメントを終了する。
【００４８】
そして、次に、ＥＧＡ演算にて算出された露光対象領域の配列座標に基づいて、ウエハＷの位置がウエハＷ上の露光対象領域を露光するための加速開始位置となるようにウエハステージＷＳＴを移動させるとともに、レチクルＲの位置が加速開始位置となるようにステージ制御装置１９、レチクルステージ駆動部（不図示）を介して、レチクルステージＲＳＴを移動させる。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの相対走査を開始する。そして両ステージがそれぞれの目標走査速度に達し、等速同期状態に達すると、不図示の照明系からの照明光ＩＬによってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が照明光ＩＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の露光対象領域に縮小転写される。
【００４９】
上述のようにして、全てのショット領域に露光が行われ、全てのショット領域へのパターンの転写が終了すると、不図示のウエハローダにウエハＷのアンロードを指示する。これにより、ウエハＷは、不図示のウエハローダにより、ウエハホルダ２５上からアンロードされた後、不図示のウエハ搬送系により、露光装置１００にインラインにて接続されている不図示のコータ・デベロッパ（Ｃ／Ｄ）に搬送される。これにより、ウエハＷに対する露光処理動作が終了する。次のウエハＷの露光を行う場合には、上述した動作を繰り返せばよい。
【００５０】
これまでの説明から明らかなように、本第１の実施形態では、ステップ３０７、ステップ３２５が、取得工程に対応し、ステップ３０９、３２７が、算出工程に対応し、ステップ３１１、３１７、３２１、３２９、３３５、３３９が決定工程に対応する。
【００５１】
以上詳細に述べたように、本第１の実施形態によれば、ウエハＷのマークＭＸp，ＭＹpを含む領域の撮像データから得られる、その領域に対応する波形データのマーク波形らしさを示すスコアＳを比較する閾値を２つ（Ｔ1，Ｔ2）設けている。このようにすれば、そのスコアＳが２つの閾値（Ｔ1，Ｔ2）によって規定されるどの区間内に含まれるかにより、その後の処理内容をフレキシブルに決定することができるようになる。閾値（Ｔ1，Ｔ2）を２つ設定した場合には、例えば、スコアＳが良好である場合（Ｓ＜Ｔ1）と、スコアＳが良好でない場合（Ｓ≧Ｔ2）と、良好とも良好でないともいえない場合（Ｔ1≦Ｓ＜Ｔ2）との３つに場合分けすることが可能となるので、スコアＳが良好である場合には、そのウエハＷに対する処理を当初の予定どおり実行したり、良好でない場合には、その後のウエハＷに対する処理を中断したり、どちらともいえない場合には、そのウエハＷに対する幾つかの処理を省略したりすることができるようになる。このようにすれば、スコアＳが良好とも良好でないともいえない場合には、プロセスを停止させることなく、例えば他のマークの計測処理に移行することができるようになるので、ウエハＷに対する処理効率を向上させることが可能となる。
【００５２】
また、評価内容が複数種類存在する場合には、それぞれの評価の基準となる閾値（Ｔ1，Ｔ2）を別々に設定することができるので、それぞれの閾値を厳格に設定することができるようになり、処理精度を高めることもできるようになる。本第１の実施形態によれば、その後の処理を停止するか否かの基準となる閾値Ｔ2に対して、マークＭＸ1，ＭＹ1の位置情報を検出するためにその波形を用いるか否かの基準となる閾値Ｔ1を別々に設定可能とすることにより、これらの閾値を厳格に設定することができるので、例えば、位置情報を検出するための波形の基準（Ｔ1）を厳しく設定することができるようになり、マークの位置情報の検出精度を高めることも可能となる。
【００５３】
このように、本第１の実施形態によれば、複数の異なる閾値には、閾値Ｔ1と、閾値Ｔ1よりも条件的に緩和された値である閾値Ｔ2とが含まれ、ステップ３１１、３２９では、ステップ３０７、３２５で取得された波形データを用いて当該マークＭＸp，ＭＹpの位置情報の検出を行うか否かを、閾値Ｔ1を基準として決定し、かつ、ウエハＷに対する処理を続行するか否かを、閾値Ｔ2を基準として決定する。「マーク検出エラー」の基準となる閾値Ｔ2を、閾値Ｔ1に対して条件的に緩和された値とすることにより、「マーク検出エラー」を発生させ、ウエハＷに対する処理を必要以上に停止させるのを防止して、生産効率を上げることができる。
【００５４】
なお、露光装置１００においては、閾値（Ｔ1、Ｔ2）は、装置パラメータとし、オペレータにより設定可能であるのが望ましい。例えば、不図示の入力装置による操作により、装置パラメータの設定画面が出力され、閾値（Ｔ1，Ｔ2）の設定画面が表示され、この状態で、キーボード入力により、オペレータが、閾値（Ｔ1，Ｔ2）を自由に設定することができるようになっているのが望ましい。
【００５５】
他にも、上記各実施形態における、ｋmax、ｒmax、Ｓmax、ｍmax、ｎmaxなどの各種上限値を装置パラメータとしてオペレータが、設定可能となっていてもよい。この場合Ｓmaxは、ＥＧＡでの統計処理を精度良く行うことができる程度の数に設定されている必要がある。
【００５６】
なお、閾値は２つである必要はなく、３つ以上あっても良い。この場合には、その後に行われる処理内容をさらに細分化できるようになる。例えば、もう一度、そのマークを撮像して評価するか否かなどの基準を設け、それぞれの基準に対して閾値を設定することも可能である。また、３つ以上の閾値を用いてスコアＳに応じて波形データをランク付けし、そのランクと対応付けて波形データを記録しておき、後から評価可能とするようにしても良い。
【００５７】
また、本第１の実施形態によれば、閾値Ｔ2を満たせなかったマーク波形の個数（ｋ、ｒ）が所定数（ｋmax、ｒmax）以上であれば、ステップ３４９において、ウエハＷに対する処理を中断させる。このようにすれば、１回や２回程度のマーク波形におけるマーク検出の失敗では、ウエハＷに対する処理を停止させることがなくなるので、生産効率の観点から有利である。なお、本第１の実施形態では、閾値Ｔ2を満たせなかったマーク波形の個数ｋ，ｒ（これを第１所定数とする）を、ウエハＷに対する処理の停止の条件としたが、これに限らず、計測したマーク個数全体に対する、閾値Ｔ2を満たせなかったマーク波形の個数ｋ、ｒの割合が所定の割合（これを、第１割合とする）以上であれか否かを基準として、ウエハＷに対する処理を中断するようにしてもよい。
【００５８】
勿論、ステップ３１７、３３５で判断が否定された場合には、即、ステップ３４９に移行して、アラーム処理を行うようにしても良い。すなわち、１つでも、スコアＳが閾値Ｔ2より大きいものがあれば、「マーク検出エラー」を発生させるようにしてもよい。
【００５９】
なお、本第１の実施形態では、閾値Ｔ1を、マークの位置情報を検出するか否かの基準としたが、閾値Ｔ2とともに、閾値Ｔ1を、ウエハＷに対する処理を停止するか否かの基準として用いるようにしてもよい。すなわち、ウエハＷに関して、Ｔ1≦Ｓ＜Ｔ2となった波形データの数が、所定数（これを、第２所定数とする）を超えた場合、又は、計測された波形データの個数全体に対して、Ｔ1≦Ｓ＜Ｔ2となった波形の数が、所定の割合（これを、第２割合とする）を超えた場合には、ウエハＷに対する処理を中断し、ウエハＷをリジェクトするようにしてもよい。この場合、第２所定数、第２割合は、第１所定数、第１割合に対して、小さめに設定するのが望ましい。
【００６０】
また、本第１の実施形態によれば、ステップ３１７、３３５では、スコアＳがＴ1とＴ2との間にある場合には、波形データを用いてそのマークの位置情報を検出することなく、ウエハＷ上の他のマークに対し、ステップ３０７、ステップ３２５における撮像と、ステップ３０９、３２７における波形前処理と、ステップ３１１、３１７、３２１、３２９、３３５、３３９における判断処理を行うことを決定する。このように、本第１の実施形態によれば、１つのマークの撮像結果が、そのマークの位置情報を精度良く検出することができる程度に良好でなかったとしても、他のマークの処理に移行することができるので、プロセスを中断する必要がなくなるため、処理効率の観点から有利である。
【００６１】
また、スコアＳがＴ1とＴ2との間にあり、他のマークを含む領域の撮像結果から得られる波形データを取得する際には、ステップ３０７、３２５におけるマークＭＸp，ＭＹpの撮像条件を、それ以前の撮像に使用していた撮像条件（例えば、アライメント系ＡＳ内におけるマークを照明する照明光学系の開口数、その照明に使用される照明光の波長の照明条件、フォーカス、撮像倍率など）とは異なる条件に切り替えるようにしても良い。このようにすれば、もしスコアＳが閾値Ｔ1よりも良好でない原因が、上述した撮像条件であった場合には、その撮像条件を改善することができるようになり、他のマークに対する良好な波形データを取得することができるようになる。
【００６２】
また、本第１の実施形態によれば、波形前処理におけるスコアＳにより、マークの位置情報を検出しない波形データについては、精密な検出処理を行わないようにすることにして、他のマークの計測に移行することができるので、処理効率をさらに高めることができる。
【００６３】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態について、図５、図６に基づいて説明する。本発明のマーク検出方法が適用される第２の実施形態に係る露光装置の装置構成は、図１に示される上記第１の実施形態の露光装置１００と同一であり、そのマークを含む領域の撮像結果から得られる波形データの評価方法のみが異なるため、以下においては、重複説明を避けるため、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。また、同様の趣旨から同一若しくは同等の構成部分について同一の符号を用いるとともに、その説明を省略するものとする。
【００６４】
図５、図６には、本発明の第２の実施形態におけるマーク検出方法を実行する際の主制御装置２０の処理アルゴリズムを示すフローチャートが示されている。この処理アルゴリズムは、上記第１の実施形態における処理アルゴリズムと同様に、サーチアライメントの後、露光前に実行される。
【００６５】
ステップ４０１では、アライメント系ＡＳの倍率を高倍率に設定し、ステップ４０３では、カウンタ値ｍ，ｎを０に初期化する。次のステップ４０５では、カウンタ値ｐを１に初期化し、カウンタ値ｉ，ｊを０に初期化する。
【００６６】
次のステップ４０７では、アライメント系ＡＳの撮像視野内に、計測すべきマークＭＸpが入るように、ウエハステージＷＳＴを移動させ、ステップ４０９では、マークＭＸpを含む領域をアライメント系ＡＳに撮像させる。これにより、その領域の撮像データが取得される。
【００６７】
次のステップ４１１では、波形前処理を行う。この波形前処理では、上記第１の実施形態におけるステップ３０９と同様の処理が行われ、上記撮像データから得られた波形データのスコアＳの値が算出される。
【００６８】
次のステップ４１３では、算出されたスコアＳが、閾値Ｔ1を下回っているか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ４１５に進み、否定されればステップ４１９に進むものとする。ここでの判断は、この波形データが、マークの位置情報を検出するのに足るものであるか否かを判定するものであり、Ｓ＜Ｔ1である場合には、この波形データを用いてマークの位置情報を検出することができると判断するのである。したがって、判断が肯定された後に実行されるステップ４１５では、カウンタ値ｉを１だけインクリメントし、次のステップ４１７では、波形後処理を行う。この波形後処理とは、マークの位置情報を精査に検出する処理であり、上記第１の実施形態におけるステップ３１５の処理と同じであるので詳細な説明を省略する。ステップ４１７終了後は、図６のステップ５０１に進む。
【００６９】
ステップ４１３における判断が否定された後、ステップ４１９では、スコアＳが閾値Ｔ2より小さいか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ４２３に進み、否定されればステップ４２１に進む。ステップ４２１では、不図示の表示装置に「マーク検出エラー」を表示させ、ウエハアライメントを強制終了し、ウエハＷのプロセスを中断する。
【００７０】
一方、ステップ４２３では、カウンタ値ｍが所定数ｍmaxより大きいか否かを判断する。この判断が肯定されれば、図６のステップ５０１に進み、否定されれば、ステップ４２５に進む。
【００７１】
ステップ４２５では、撮像条件の調整を行う。このような撮像条件には、例えば、アライメント系ＡＳ内におけるマークを照明する照明光学系の開口数、その照明に使用される照明光の波長などの照明条件や、フォーカス、撮像倍率などがある。次のステップ４２７では、カウンタ値ｍが１だけインクリメントされ、ステップ４０５に戻る。
【００７２】
上述したように、ステップ４０１〜４２７では、ステップ４１１において算出された波形のスコア値Ｓが、閾値Ｔ1よりも良好であれば、その波形データを用いてマークの位置情報を算出し、Ｔ1＜Ｓ＜Ｔ2であれば、ステップ４２５で撮像条件を調整して、ウエハＷ上のマーク計測を最初からやり直し、スコアＳが閾値Ｔ2以上であれば、不図示の表示装置に「マーク検出エラー」を表示させ、ウエハアライメントを強制終了し、ウエハＷのプロセスを中断させる。カウンタ値ｍが所定回数ｍmax以下であり、Ｔ1＜Ｓ＜Ｔ2であるうちは、ステップ４０５→４０７→４０９→４１１→４１３→４１９→４２３→４２５→４２７が繰り返され、撮像条件が最適化されるようになる。
【００７３】
ステップ４１７実行後、又はステップ４２３で判断が肯定された後に行われる図６のステップ５０１では、アライメント系ＡＳの撮像視野内に、マークＭＹpが入るように、ウエハステージＷＳＴを移動させ、ステップ５０３では、マークＭＹpを含む領域をアライメント系ＡＳに撮像させる。これにより、その領域の撮像データが取得される。
【００７４】
次のステップ５０５では、波形前処理を行い、撮像データから得られた波形データのスコアＳの値を算出する。次のステップ５０７〜ステップ５２１の処理は、上述したマークＭＸpに対するステップ４１３〜ステップ４２７の処理と同じである。すなわち、そのスコアＳが閾値Ｔ1よりも小さければ、ステップ５０９でカウンタ値ｊがインクリメントされ、ステップ５１１でマークＭＹpの位置情報が検出され、ステップ５２３に進む。また、そのスコアＳがＴ1とＴ2との間にあれば、マークＭＹpの位置情報を検出することなく、ステップ５１７で、ｎ＞ｎmax（最大調整回数）となり、判断が肯定されれば、ステップ５２３に進み、否定されればステップ５１９に進んで、撮像条件を調整し、ステップ５２１でカウンタ値ｎを１だけインクリメントして、ステップ４０５に戻る。また、スコアＳが、Ｔ2よりも大きければ、「マーク検出エラー」を発生させるべく、ステップ５１５のアラーム処理に進み、不図示の表示装置に「マーク検出エラー」を表示させ、ウエハアライメントを強制終了し、ウエハＷのプロセスを中断する。
【００７５】
ステップ５２３では、カウンタ値ｐを１だけインクリメントさせ、次のステップ５２５では、カウンタ値ｉ，ｊがそれぞれ、ウエハアライメントに必要な計測マーク数Ｓmax以上になったか否かを判断する。この判断が肯定されれば、ステップ５２７に進み、否定されれば、ステップ４０７に戻る。ここでは、まだ、最大でもｉ＝１、ｊ＝１なので、判断は否定され、ステップ４０７に戻る。
【００７６】
以降、ステップ４０７〜ステップ５２５における処理が行われ、マークＭＸp，ＭＹpの計測を行う。ステップ５２５における判断が肯定されると、ステップ５２７に進む。ステップ５２７では、上記第１の実施形態におけるステップ３４５と同様に、これまでに検出されたマークの位置情報を用いて、ＥＧＡ方式で行われている統計処理方法により全てのショット領域の配列座標を算出する、いわゆるＥＧＡ演算を行う。ステップ５２７終了後は、ウエハアライメントを終了する。ウエハアライメント後は、上記第１の実施形態と同様に、全てのショット領域に対する露光が行われ、全てのショット領域へのパターンの転写が終了し、ウエハＷのアンロード、Ｃ／Ｄへの搬送が行われる。これにより、ウエハＷに対する露光処理動作が終了する。次のウエハＷの露光を行う場合には、上述した動作を繰り返す。
【００７７】
以上詳細に述べたように、本第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態とは異なり、ステップ５０７では、スコアＳが、Ｔ1とＴ2との間にある場合には、画像の撮像条件を変更したうえで、そのマークを再び撮像してスコアＳを算出しなおし、そのスコアＳを、閾値Ｔ1や閾値Ｔ2と改めて比較し、その後に行う処理を決定する。このようにすれば、マークの検出状態が良好でない原因が、撮像条件にある場合には、その改善により、スコアＳの値が良好となって、スコアＳが良好な波形を用いたマークの位置情報の検出を高精度に行うことができる。また、このような検出条件の調整を所定回数繰り返し行っても、スコアＳの値が改善されない場合には、他の原因により、波形をマーク波形らしさが改善されないものとみなして、そのマークの位置情報を検出を中止し、他のマークに対する処理に移行するようになる。
【００７８】
なお、本第２の実施形態によれば、Ｔ1＜Ｓ＜Ｔ2であった場合には、撮像条件を変更したが、スコアを検出するための検出パラメータ、例えば、上記スコアを算出するためのマークの設計上のデータや、波形の平滑化条件などを調整するようにしても良い。
【００７９】
なお、本第２の実施形態によれば、Ｔ1＜Ｓ＜Ｔ2となる波形データが１つでもあれば、撮像条件を調整したが、これには限られず、Ｔ1＜Ｓ＜Ｔ2となる波形データが所定数以上となった場合に、その撮像条件を調整するようにしても良い。また、本第２の実施形態では、全てのマークを撮像条件を同じとするために、撮像条件を調整した場合には、図５のステップ４０５に戻り、最初のマークから計測し直すようにしたが、これに限らず、ステップ４０５ではなく、ステップ４０９に戻るようにして、スコアＳがＴ1＜Ｓ＜Ｔ2だったそのマークを再度計測するようにし、それ以前に既に計測済みのマーク（スコアＳが（Ｓ＜Ｔ1だったマーク））の位置情報については、ステップ５２７の統計演算に用いるようにしても良い。
【００８０】
上記各実施形態では、図３、図５、図６のフローチャートに示されるような処理アルゴリズムにより検出されたマークの位置情報を用いたウエハアライメントにより、露光時のウエハＷの位置合わせを高精度に行うことができるようになり、高精度に位置合わせされたウエハＷに対して露光を行うので、高精度な重ね合わせ露光を実現することができる。
【００８１】
なお、上記各実施形態では、同一のサンプルショット領域ＳＡpのマークＭＸp，ＭＹpを順に計測したがこれには限られない。例えば複数のマークＭＸpを先にまとめて計測するようにしてもよい。このように、各フローチャートに示される処理は、適宜変更し得るものである。
【００８２】
なお、上記各実施形態では、マークの波形データをロギングしておき、その波形データを、後から不図示の表示装置に表示しておけるようにしておくのが、装置メンテナンス等の観点から望ましい。これにより、その波形の形状から、オペレータが目視で確認し、そのスコアが悪化している原因を究明することができるようになる。例えば、波形の形状は比較的鮮明にマーク波形パターンが再現されているのに、スコアＳが良好でない場合には、波形の検出パラメータ、すなわち上記３つの特徴量を算出するための情報となるラインパターンの設計上の幅、ラインパターンの設計上の幅などの設定値の誤設定を疑ってみる必要がある。これらのパラメータの誤設定であった場合には、そのウエハＷに対する露光動作をリトライすることができる。
【００８３】
また、上記各実施形態では、ウエハＷ上の幾つかのマークの検出波形をスコアＳを算出し、そのスコアＳに応じて、ウエハアライメントの処理手順を制御したが、それらのスコアＳは記録されるのが望ましい。そして、ウエハＷの処理を終了した後に、そのウエハＷのショットマップのイメージ表示上に、それぞれのマークが計測されたサンプルショット領域上にスコアＳがそれぞれ表示されるようにし、例えば、ウエハＷ上のサンプルショット領域のロケーションとスコアとの因果関係などを、オペレータが目視で確認することもできる。
【００８４】
なお、上記各実施形態では、「マーク検出エラー」が発生した後に、プロセスを中断させたが、この場合には、ウエハＷ上に付着した異物が原因である場合も考えられるので、ウエハＷを一旦クリーニングした後、プロセスを再実行するようにしても良い。
【００８５】
なお、上記各実施形態では、ウエハアライメントマークの検出にマーク検出方法を適用する場合について説明したが、これには限られない。例えば、上述したサーチアライメントを行う際のサーチアライメントマークＳＹＭ、ＳθＭの検出に、本発明に係るマーク検出方法を適用するようにしてもよい。図２（Ａ）では、サーチアライメントマークをＳＹＭ，ＳθＭの２つしか図示していないが、ウエハＷ上には、サーチアライメントに成り得るマークが多数形成されており、その中から、スコアＳが良好であった２つのマークをサーチアライメントに用いれば良い。
【００８６】
また、上記各実施形態では、ウエハＷ上のマークを検出する際について述べたが、これに限らず、本発明は、アライメント系ＡＳによる基準マーク板ＦＭ上の各種基準マークの検出などにも適用することができ、レチクルＲ上に形成されたマーク、例えばレチクルアライメントマークを検出するレチクルアライメント系（例えばＶＲＡ（Visual Reticle Alignment））の撮像結果から得られる波形データのマーク波形らしさの評価にも用いることができる。
【００８７】
また、上記各実施形態では、検出マークをＬ／Ｓパターンとしたが、本発明は、マークの形状には限られず、十字マークやボックスマークであってもよい。マークの形状が変われば、スコアを算出する際の特徴量も当然、そのマークに形状に応じたものとなることはいうまでもない。
【００８８】
また、上記各実施形態ではＥＧＡ方式の使用を前提としたが、計測対象のアライメントマークを選択するアライメント方式であれば、いかなるアライメント方式でも良い。また、上記各実施形態では、アライメント系ＡＳとして、ＦＩＡ方式のアライメントセンサを用いたが、前述したように、レーザ光をウエハＷ上の点列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を用いてマーク位置を検出するＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式のアライメントセンサや、そのアライメントセンサと上記ＦＩＡ方式とを適宜組み合わせたアライメントセンサにも本発明を適用することは可能である。
【００８９】
なお、アライメント系はオン・アクシス方式（例えばＴＴＬ（Through The Lens）方式など）でも良い。また、アライメント系は、アライメント系の検出視野内にアライメントマークをほぼ静止させた状態でその検出を行うものに限られるものではなく、アライメント系から照射される検出光とアライメントマークとを相対移動させる方式であっても良い（例えば前述のＬＳＡ系など）。かかる検出光とアライメントマークとを相対移動させる方式の場合には、その相対移動方向を、前述の各アライメントマークを検出する際のウエハステージＷＳＴの移動方向と同一方向とすることが望ましい。
【００９０】
また、上記各実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないのは勿論である。すなわち、ステップ・アンド・リピート方式、ステップ・アンド・スティッチ方式、ミラープロジェクション・アライナー、及びフォトリピータなどにも好適に適用することができる。例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置などにも適用できる。なお、上記各実施形態の露光装置は、例えば特開平１０−２１４７８３号公報や国際公開ＷＯ９８／４０７９１号パンフレットなどに開示されているように、投影光学系を介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置（アライメント位置）とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツイン・ウエハステージタイプでも良い。さらに、投影光学系ＰＬは、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでもよいし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。
【００９１】
なお、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（または位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、これらのマスクに代えて、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。このような電子マスクは、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されている。ここではこの米国特許第６，７７８，２５７号公報を参照して援用する。
【００９２】
なお、上述の電子マスクとは、非発光型画像表示素子と自発光型画像表示素子との双方を含む概念である。ここで、非発光型画像表示素子は、空間光変調器（Spatial Light Modulator）とも呼ばれ、光の振幅、位相あるいは偏光の状態を空間的に変調する素子であり、透過型空間光変調器と反射型空間光変調器とに分けられる。透過型空間光変調器には、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ:Liquid Crystral Display）、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）等が含まれる。また、反射型空間光変調器には、ＤＭＤ（Digital Mirror Device,またはDigital Micro-mirror Device）、反射ミラーアレイ、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ（EPD:ElectroPhoretic Display）、電子ペーパ（又は電子インク）、光回折ライトバルブ（Grating Light Value）等が含まれる。
【００９３】
また、自発光型画像表示素子には、ＣＲＴ（Cathod Ray Tube）、無機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ:Field Emission Display）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ:Plasma Display Panel）や、複数の発光点を有する固体光源チップ、チップを複数個アレイ状に配列した固体光源チップアレイ、または複数の発光点を１枚の基板に作り込んだ固体光源アレイ（例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ、ＬＤ（Laser Diode）ディスプレイ等）等が含まれる。なお、周知のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の各画素に設けられている蛍光物質を取り除くと、紫外域の光を発光する自発光型画像表示素子となる。
【００９４】
さらに、本発明が適用される露光装置の光源は、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2レーザとしたが、他の真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。この他、露光用照明光として、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバー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光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）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。
【００９５】
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系、並びにアライメント系ＡＳ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およ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。
【００９６】
なお、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、撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシン及び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、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することができる。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、ホタル石、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。
【００９７】
また、本発明に係るマーク検出方法は、露光装置に限らず、物体上に形成された複数のマークを検出し、その検出結果を用いて以降の処理を行う装置であれば、適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上説明したように、本発明のマーク検出方法は、物体上のマークを検出するのに適しており、本発明の位置合わせ方法は、物体を位置合わせするのに適しており、本発明の露光方法は、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に適している。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、ウエハ上に形成されたサーチアライメントマークとショット配列とを模式的に示す図であり、図２（Ｂ）は、ウエハ上に形成されたショット領域に付設されたアライメントマークを模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る露光装置におけるウエハアライメントを行う際の主制御装置の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】２つの閾値で規定されるスコアＳと、評価結果との関係との関係を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る露光装置におけるウエハアライメントを行う際の主制御装置の処理アルゴリズムを示すフローチャート（その１）である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る露光装置におけるウエハアライメントを行う際の主制御装置の処理アルゴリズムを示すフローチャート（その２）である。
【符号の説明】
【０１００】
１６…レチクル干渉計、１８…ウエハ干渉計、１９…ステージ制御装置、２０…主制御装置、２４…ウエハステージ駆動部、２５…ウエハホルダ、１００…露光装置、ＡＳ…アライメント系、ＡＸ…光軸、Ｃp…中心、ＦＭ…基準マーク板、ＩＡ…露光領域、ＩＡＲ…照明領域、ＭＸp、ＭＹp…アライメントマーク、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル（マスク）、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＳＡp…ショット領域、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＳＴ…ウエハステージ、α、β…座標軸。
【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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