(57)【要約】【課題】マークの位置情報を正確に検出する。【解決手段】物体上の所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークを含むマーク領域を撮像し、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る。次いで、複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターンを選択し、その特定ラインパターンに対応する撮像信号を用いて特定ラインパターンの位置情報を求める（ステップ３４２〜３６２）。そして、その特定ラインパターンの位置情報（計測結果）と設計値に基づくオフセット量とを用いてマークの位置情報を算出する（ステップ３６４）。すなわち、マークを形成する例えば位置ずれの傾向が同じ、あるいは信号波形の崩れのないラインパターンのみを検出対象として、そのラインパターンの位置情報を求め、その位置情報とオフセット量とに基づいて、マークの位置を算出する。【選択図】　図４
2004087562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する位置検出方法であって、
物体上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る工程と；
前記複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターンを選択し、前記特定ラインパターンに対応する撮像信号を用いて前記特定ラインパターンの位置情報を求める工程と；
前記特定ラインパターンの位置情報と前記特定ラインパターンの設計値に基づくオフセット量とを用いて前記マークの位置情報を算出する工程と；を含む位置検出方法。
【請求項２】
前記特定ラインパターンの選択は、前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの波形が同じ特徴量を有するパターンを選択することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】
所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する位置検出方法であって、
物体上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る工程と；
前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）のいずれか一方の信号波形に基づいて、前記信号波形から得られる所定の特徴量を、前記複数のラインパターン毎に求める工程と；
前記ラインパターン毎に求められた前記所定の特徴量を、前記複数のラインパターン間で比較して、その特徴量が他のラインパターンにおける特徴量とは異なる特定ラインパターンを抽出する工程と；
前記抽出された特定ラインパターンをその演算から除外し、前記撮像信号に基づき求められた残りのラインパターンの位置情報を用いて、前記マークの位置情報を演算する工程と；を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項４】
前記マークの位置情報を演算する工程では、前記残りのラインパターンの位置情報と、前記残りのパターンの設計値とに基づいて、前記マークの位置情報を演算することを特徴とする請求項３に記載の位置検出方法。
【請求項５】
前記特徴量は、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの信号のピークの数であ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位置検出方法。
【請求項６】
前記特徴量は、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｍ次微分信号（ｍは偶数）の少なくとも１つの信号の対称性の度合いであ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位置検出方法。
【請求項７】
前記特徴量は、前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部に対応する第１部分とそれ以外の部分に対応する第２部分の信号強度の比であ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位置検出方法。
【請求項８】
前記特徴量は、前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部の両端のエッジに対応する第１部分と第２部分との信号強度の比であ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位置検出方法。
【請求項９】
エネルギビームにより基板を露光して所定のパターンを前記基板上に形成する露光方法であって、
前記基板上に予め形成された、所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を請求項１〜８のいずれか一項に記載の位置検出方法を用いて検出する工程と；
検出されたマークの位置情報に基づいて前記基板の位置を制御しつつ、前記エネルギビームにより前記基板を露光する工程と；を含む露光方法。
【請求項１０】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項９に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１１】
所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置を検出する位置検出装置であって、
物体上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る撮像装置と；
前記複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターンを選択する選択装置と；
前記選択装置により選択された前記特定ラインパターンに対応する撮像信号を用いて所定の処理を行い、前記特定ラインパターンの位置情報を求める処理装置と；
前記特定ラインパターンの位置情報と前記特定ラインパターンの設計値に基づくオフセット量とを用いて前記マークの位置情報を算出する演算装置と；を備える位置検出装置。
【請求項１２】
前記選択装置は、前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの波形が同じ特徴量を有するパターンを前記特定パターンとして選択することを特徴とする請求項１１に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する位置検出装置であって、
物体上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る撮像装置と；
前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）のいずれか一方の信号波形に基づいて、前記信号波形から得られる所定の特徴量を、前記複数のラインパターン毎に求める特徴量決定装置と；
前記特徴量決定装置により求められた前記所定の特徴量を、前記複数のラインパターン間において比較して、その特徴量が他のラインパターンにおける特徴量と異なっている特定ラインパターンを抽出する抽出装置と；
前記抽出装置により抽出された特定ラインパターンをその演算から除外し、前記撮像信号に基づき求められた残りのラインパターンの位置情報を用いて、前記マークの位置情報を演算する算出装置と；を備える位置検出装置。
【請求項１４】
前記算出装置は、前記残りのラインパターンの位置情報と、前記残りのパターンの設計値とに基づいて、前記マークの位置情報を演算することを特徴とする請求項１３に記載の位置検出装置。
【請求項１５】
前記特徴量は、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの信号のピークの数、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｍ次微分信号（ｍは偶数）の少なくとも１つの信号の対称性の度合い、前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部に対応する第１部分とそれ以外の部分に対応する第２部分の信号強度の比、及び前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部の両端のエッジに対応する第１部分と第２部分との信号強度の比、のいずれかであることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項１６】
エネルギビームにより基板を露光して所定のパターンを前記基板上に形成する露光装置であって、
前記基板上に予め形成された、所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の位置検出装置と；
前記エネルギビームにより前記基板を露光する際に、前記位置検出装置により検出されたマークの位置情報に基づいて前記基板の位置を制御する制御装置と；を備える露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出方法及びその装置、露光方法及びその装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する位置検出方法及び位置検出装置、前記位置検出方法を用いる露光方法、前記位置検出装置を備える露光装置、並びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「ウエハ」という）上に転写する露光装置が用いられている。かかる露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。かかる露光装置においては、露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。このアライメント精度に対する要求は、パターンの微細化とともに厳しくなってきており、アライメントにはさまざまな工夫がなされている。
【０００３】
上記のアライメントを高精度に行うためには、レチクルの位置検出及びウエハの位置検出を高精度に行うことが必要である。例えばレチクルの位置検出には、露光光を用いるものが一般的であり、露光光をレチクル上に形成されたレチクルアライメントマークに照射し、ＣＣＤカメラなどで撮像したレチクル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）方式等が採用されている。一方、ウエハの位置検出には、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなど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ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等が採用されている。
【０００４】
これらの光学式アライメントにおいては、まずレチクル上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測する。次に、ウエハ上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測することで、重ね合わされるショットの位置を求める。それらの結果をもとに、ショット位置にレチクルのパターン像が重なるように、ウエハをウエハステージにより移動させてレチクルのパターン像を投影光学系を介してウエハ上に転写する。
【０００５】
通常、位置計測を行うためのアライメントマークは、安定した計測を行うために、同一線幅の複数のラインパターンから構成されている。そして、アライメントマークの位置を検出するに際しては、位置検出装置は、複数のラインパターンの各々に対して位置計測を行い、その平均値をマーク全体の位置と判断するのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
露光時の投影光学系の残留収差の影響や、露光後のウエハ処理の影響などによって、例えばウエハ上に形成されたアライメントマークを構成する複数のラインパターンの形状にばらつきが生じることがある。その結果、位置検出装置で検出する（観察する）各ラインパターンの信号波形にも形状のばらつきが生じる。
【０００７】
また、位置検出装置の検出光学系（結像光学系）にコマ収差などが残存している場合、位置計測結果が真のマーク位置からずれてしまう。このずれの傾向はマークを撮像した結果得られる信号波形の形状に依存するので、アライメントマークを構成するラインパターン群の内で各ラインパターンの波形の形状が異なれば、位置ずれも各ライン毎に違った傾向を持つことになる。
【０００８】
しかしながら、従来のアライメントマークなどのマークを画像処理方式で検出する位置検出装置では、特徴の異なる、換言すれば位置ずれの傾向が異なる複数のマークが混在したまま位置計測をしていた。そのため、マーク毎に位置ずれの傾向が変化してしまい、この結果最終的な重ね合わせ精度が悪化するおそれがあった。
【０００９】
また、上述したようなマークの信号波形の崩れに起因する検出誤差を、例えばオフセット値を入力することで補正することも考えられるが、マークの微妙な状態変化により適切な補正量（オフセット値）が変化するため、補正の効果が低下するおそれもあった。
【００１０】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、物体上のマークの位置情報を正確に検出することができる位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、基板を精度良く露光することができる露光方法及び露光装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の第３の目的は、デバイスの生産性を向上させることができるデバイス製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、所定方向に沿って配列された複数のラインパターン（Ｌｍ）を含むマーク（ＷＭ）の位置情報を検出する位置検出方法であって、物体（Ｗ）上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号（ＭＷＦｍ）を得る工程と；前記複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターンを選択し、前記特定ラインパターンに対応する撮像信号を用いて前記特定ラインパターンの位置情報を求める工程と；前記特定ラインパターンの位置情報と前記特定ラインパターンの設計値に基づくオフセット量とを用いて前記マークの位置情報を算出する工程と；を含む位置検出方法である。
【００１４】
これによれば、まず、物体上の所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークを含むマーク領域を撮像し、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る。次いで、前記複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターンを選択し、その特定ラインパターンに対応する撮像信号を用いて特定ラインパターンの位置情報を求める。そして、その特定ラインパターンの位置情報（計測結果）と特定ラインパターンの設計値に基づくオフセット量（基準点からのオフセット量）とを用いてマークの位置情報、すなわちマークの基準点の位置情報を算出する。
【００１５】
すなわち、本発明の位置検出方法では、マークを形成する複数のラインパターンの全てではなく、一部の特定ラインパターン、例えば位置ずれの傾向が同じ、あるいは信号波形の崩れのないラインパターンのみを検出対象として、その特定ラインパターンの位置情報を求め、その位置情報と特定ラインパターンの設計値に基づく基準点からのオフセット量とに基づいて、マークの位置を算出する。このため、形状の崩れたマークやマークの位置ずれの傾向が異なるマークが混在しても、これに影響を受けることなく、マークの位置情報を正確に求めることができる。
【００１６】
この場合において、請求項２に記載の位置検出方法の如く、前記特定ラインパターンの選択は、前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの波形が同じ特徴量を有するパターンを選択することにより行われることとすることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する位置検出方法であって、物体上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る工程と；前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）のいずれか一方の信号波形に基づいて、前記信号波形から得られる所定の特徴量を、前記複数のラインパターン毎に求める工程と；前記ラインパターン毎に求められた前記所定の特徴量を、前記複数のラインパターン間で比較して、その特徴量が他のラインパターンにおける特徴量とは異なる特定ラインパターンを抽出する工程と；前記抽出された特定ラインパターンをその演算から除外し、前記撮像信号に基づき求められた残りのラインパターンの位置情報を用いて、前記マークの位置情報を演算する工程と；を含むことを特徴とする位置検出方法である。
【００１８】
これによれば、物体上の所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークを含むマーク領域を撮像し、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る。次いで、該撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）のいずれか一方の信号波形を用いて得られる所定の特徴量を、複数のラインパターン毎に求める。次いで、所定の特徴量を、複数のラインパターン間で比較して、その特徴量が他のラインパターンにおける特徴量とは異なる特定ラインパターンを抽出する。そして、前記マークの位置情報を演算する際には、抽出された特定ラインパターンをその演算から除外し、撮像信号に基づき求められた残りのラインパターンの位置情報を用いて、前記マークの位置情報を演算する。
【００１９】
すなわち、本発明の位置検出方法では、マークを形成する複数のラインパターンの全てではなく、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号及びそのｎ次微分信号のいずれか一方の信号波形から得られる所定の特徴量を求め、該所定の特徴量が他のラインパターンにおける特徴量と異なるラインパターンを抽出し、その抽出したパターンを除く、残りのラインパターンを用いて、マークの位置を算出する。このため、形状の崩れたマークやマークの位置ずれの傾向が異なるマークが混在しても、これに影響を受けることなく、マークの位置情報を正確に求めることができる。
【００２０】
この場合において、請求項４に記載の位置検出方法の如く、前記マークの位置情報を演算する工程では、前記残りのラインパターンの位置情報と、前記残りのパターンの設計値とに基づいて、前記マークの位置情報を演算することとすることができる。
【００２１】
上記請求項２〜４に記載の各位置検出方法において、前記特徴量としては種々の量が考えられる。例えば、請求項５に記載の位置検出方法の如く、前記特徴量は、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの信号のピークの数であることとすることができる。あるいは、請求項６に記載の位置検出方法の如く、前記特徴量は、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｍ次微分信号（ｍは偶数）の少なくとも１つの信号の対称性の度合いであることとすることもできる。あるいは、請求項７に記載の位置検出方法の如く、前記特徴量は、前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部に対応する第１部分とそれ以外の部分に対応する第２部分の信号強度の比であることとすることもできる。あるいは、請求項８に記載の位置検出方法の如く、前記特徴量は、前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部の両端のエッジに対応する第１部分と第２部分との信号強度の比であることとすることもできる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、エネルギビーム（ＩＬ）により基板（Ｗ）を露光して所定のパターンを前記基板上に形成する露光方法であって、前記基板上に予め形成された、所定方向に沿って配列された複数のラインパターン（Ｌｍ）を含むマーク（ＷＭ）の位置情報を請求項１〜８のいずれか一項に記載の位置検出方法を用いて検出する工程と；検出されたマークの位置情報に基づいて前記基板の位置を制御しつつ、前記エネルギビームにより前記基板を露光する工程と；を含む露光方法である。
【００２３】
これによれば、基板上に予め形成された、所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報が請求項１〜８のいずれか一項に記載の位置検出方法を用いて検出される。この結果、形状の崩れたマークやマークの位置ずれの傾向が異なるマークが混在しても、これに影響を受けることなく、マークの位置情報が正確に検出される。そして、この正確に検出されたマークの位置情報に基づいて基板の位置を正確に制御しつつ、エネルギビームにより基板が露光される。従って、本発明の露光方法によれば、高精度な露光により基板上に所定のパターンを精度良く形成することが可能になる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項９に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法である。
【００２５】
これによれば、リソグラフィ工程において、請求項９に記載の露光方法を用いて基板上に所定のパターンが精度良く形成されるので、結果的に最終製品であるデバイスの歩留まりが向上し、その生産性を向上させることが可能となる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、所定方向に沿って配列された複数のラインパターン（Ｌｍ）を含むマーク（ＷＭ）の位置を検出する位置検出装置であって、物体上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号（ＭＷＦｍ）を得る撮像装置（ＡＳ）と；前記複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターンを選択する選択装置（２０）と；前記選択装置により選択された前記特定ラインパターンに対応する撮像信号を用いて所定の処理を行い、前記特定ラインパターンの位置情報を求める処理装置（２０）と；前記特定ラインパターンの位置情報と前記特定ラインパターンの設計値に基づくオフセット量とを用いて前記マークの位置情報を算出する演算装置（２０）と；を備える位置検出装置である。
【００２７】
これによれば、撮像装置により、物体上に形成された所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークを含むマーク領域が撮像され、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号が取得される。また、選択装置により、複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターンが選択される。そして、処理装置により、選択装置によって選択された特定ラインパターンに対応する撮像信号を用いて所定の処理が行われ、特定ラインパターンの位置情報が求められる。次いで、演算装置により、その特定ラインパターンの位置情報と特定ラインパターンの設計値に基づくオフセット量（基準点からのオフセット量）とを用いてマークの位置情報、すなわちマークの基準点の位置情報が算出される。従って、本発明の位置検出装置によれば、形状の崩れたマークやマークの位置ずれの傾向が異なるマークが混在しても、これに影響を受けることなく、マークの位置情報を正確に求めることができる。
【００２８】
この場合において、請求項１２に記載の位置検出装置の如く、前記選択装置は、前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの波形が同じ特徴量を有するパターンを前記特定パターンとして選択することとすることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明は、所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する位置検出装置であって、物体上の前記マークを含むマーク領域を撮像し、前記複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号を得る撮像装置と；前記撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）のいずれか一方の信号波形に基づいて、前記信号波形から得られる所定の特徴量を、前記複数のラインパターン毎に求める特徴量決定装置と；前記特徴量決定装置により求められた前記所定の特徴量を、前記複数のラインパターン間において比較して、その特徴量が他のラインパターンにおける特徴量と異なっている特定ラインパターンを抽出する抽出装置と；前記抽出装置により抽出された特定ラインパターンをその演算から除外し、前記撮像信号に基づき求められた残りのラインパターンの位置情報を用いて、前記マークの位置情報を演算する算出装置と；を含むことを特徴とする位置検出装置である。
【００３０】
これによれば、まず、撮像装置により、物体上の所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークを含むマーク領域が撮像され、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号が取得される。次いで、特徴量決定装置により、該撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）のいずれか一方の信号波形を用いて得られる所定の特徴量が、複数のラインパターン毎に求められる。そして、抽出装置により、前記特徴量決定装置により求められた所定の特徴量が、複数のラインパターン間で比較され、その特徴量が他のラインパターンにおける特徴量とは異なる特定ラインパターンが抽出される。そして、算出装置では、抽出装置により抽出された特定ラインパターンをその演算から除外し、前記撮像信号に基づき求められた残りのラインパターンの位置情報を用いて、前記マークの位置情報を演算する。
【００３１】
すなわち、本発明の位置検出装置では、マークを形成する複数のラインパターンの全てではなく、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号及びそのｎ次微分信号のいずれか一方の信号波形から得られる所定の特徴量が求められ、該所定の特徴量が他のラインパターンにおける特徴量と異なるパターンを抽出し、その抽出したパターンを除く、残りのラインパターンを用いて、マークの位置が算出される。このため、形状の崩れたマークやマークの位置ずれの傾向が異なるマークが混在しても、これに影響を受けることなく、マークの位置情報を正確に求めることができる。
【００３２】
この場合において、請求項１４に記載の位置検出装置の如く、前記算出装置は、前記残りのラインパターンの位置情報と、前記残りのパターンの設計値とに基づいて、前記マークの位置情報を演算することとすることができる。
【００３３】
上記請求項１２〜１４に記載の各位置検出装置において、特徴量としては種々の量が考えられるが、請求項１５に記載の位置検出装置の如く、前記特徴量は、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｎ次微分信号（ｎは自然数）の少なくとも１つの信号のピークの数、前記各ラインパターンに対応する撮像信号及びそのｍ次微分信号（ｍは偶数）の少なくとも１つの信号の対称性の度合い、前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部に対応する第１部分とそれ以外の部分に対応する第２部分の信号強度の比、及び前記ラインパターンに対応する撮像信号のライン部の両端のエッジに対応する第１部分と第２部分との信号強度の比、のいずれかであることとすることができる。
【００３４】
請求項１６に記載の発明は、エネルギビームにより基板を露光して所定のパターンを前記基板上に形成する露光装置であって、前記基板上に予め形成された、所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報を検出する請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の位置検出装置と；前記エネルギビームにより前記基板を露光する際に、前記位置検出装置により検出されたマークの位置情報に基づいて前記基板の位置を制御する制御装置（１９，２０）と；を備える露光装置である。
【００３５】
これによれば、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の位置検出装置により基板上に予め形成された、所定方向に沿って配列された複数のラインパターンを含むマークの位置情報が正確に検出される。そして、エネルギビームにより基板を露光する際に、制御装置により、位置検出装置により検出されたマークの位置情報に基づいて基板の位置が高精度に制御される。この結果、高精度な露光により基板上に所定のパターンを精度良く形成することが可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。
【００３７】
図１には、本発明の位置検出方法及び露光方法を実施するのに好適な一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。この露光装置１００は、照明系１０、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷが搭載されるウエハステージＷＳＴ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを制御するステージ制御系１９、並びに装置全体を統括制御する主制御系２０等を備えている。
【００３８】
前記照明系１０は、例えば特開平６−３４９７０１号公報などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ、あるいは回折光学素子等）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）を含んで構成されている。この照明系１０は、不図示のレチクルブラインドで規定されＸ軸方向（図１における紙面内左右方向）に細長く延びるレチクルＲ上のスリット状の照明領域部分を、エネルギビームとしての照明光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。
【００３９】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンＰＡが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着等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及びボイスコイルモータ等のアクチュエータを含むレチクルステージ駆動部１２によって、照明系１０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、所定の走査方向（ここでは図１における紙面直交方向である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。
【００４０】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、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、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。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系１９及びこれを介して主制御系２０に供給される。ステージ制御系１９では、主制御系２０からの指示に応じ、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１２を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。なお、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（前述の移動鏡１５の反射面に相当）を形成しても良い。
【００４１】
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、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率（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、照明光学系からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域が照明されると、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を介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンＰＡ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。
【００４２】
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、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハテーブル２５が載置されている。このウエハテーブル２５上に不図示のウエハホルダを介してウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエハテーブル２５は、ボイスコイルモータ等を含む駆動部によって投影光学系ＰＬの光軸に直交する面に対し、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）にも微動可能に構成されている。また、このウエハテーブル２５はＺ軸回りの微小回転動作も可能になっている。
【００４３】
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を前記照明領域と共役な露光領域に位置させる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いる。このウエハステージＷＳＴはモータ等を含む駆動系によりＸＹ２次元方向に駆動される。このように、ウエハテーブル２５の駆動部とウエハステージＷＳＴの駆動系とは、それぞれ別々に設けられるが、図１においては、これらが纏めてウエハ駆動装置２４として示されている。従って、以下においては、このウエハ駆動装置２４によって、ウエハステージＷＳＴがＸＹ２次元方向に駆動されるとともに、ウエハテーブル２５がＺ、θｘ、θｙ、θｚの４自由度方向に微少駆動されるものとして説明を行う。
【００４４】
ウエハステージＷＳＴ（及びウエハテーブル２５）のＸＹ平面内での位置は、ウエハテーブル２５上に設けられた移動鏡１７を介して、ウエハレーザ干渉計システム１８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。ここで、実際には、ウエハテーブル２５上には、走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有するＹ移動鏡と非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計もＹ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＹ干渉計と、Ｘ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７、ウエハレーザ干渉計システム１８として示されている。なお、例えば、ウエハテーブル２５の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１７の反射面に相当）を形成しても良い。また、Ｘ干渉計及びＹ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブル２５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。従って、以下の説明ではウエハレーザ干渉計システム１８によって、ウエハテーブル２５のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が計測されるものとする。本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動位置を規定する静止座標系（直交座標系）が、ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ干渉計の測長軸によって規定されている。以下においては、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。また、多軸干渉計は４５°傾いてウエハテーブル２５に設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。
【００４５】
ウエハステージＷＳＴのステージ座標系上における位置情報（又は速度情報）はステージ制御系１９、及びこれを介して主制御系２０に供給される。ステージ制御系１９では、主制御系２０の指示に応じ、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づき、ウエハ駆動装置２４を介してウエハステージＷＳＴを制御する。
【００４６】
また、ウエハテーブル２５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の表面と同じ高さに設定され、後述するアライメント検出系のいわゆるベースライン計測に用いられる基準マーク、及びレチクルアライメントに用いられる基準マークその他のマーク（図１に符号ＧＭで代表的に図示）が形成されている。
【００４７】
さらに、この露光装置１００は、撮像装置としてのオフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳを備えている。このアライメント検出系ＡＳは、所定の波長幅を有する照明光を基準マーク板ＦＭ上のマーク、あるいはウエハＷ上の位置検出用マークとしてのアライメントマーク（以下、適宜「ウエハマーク」とも呼ぶ）に照射し、それらのマークの像と、ウエハ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等）の受光面上に結像し、その結果として得られる撮像信号に所定の処理を施して、前記指標マークの中心に対する被検出マークの位置情報を算出し、その位置情報を主制御系２０へ向けて出力する。
【００４８】
このアライメント検出系ＡＳは、例えばハロゲンランプなどの光源１０３、光ファイバなどのライトガイド１０４、照明開口絞り１２７、コンデンサレンズ１２９、照明リレーレンズ１０５、ビームスプリッタ１０６、第１対物レンズ１０７、反射用プリズム１０８、第２対物レンズ１１１、指標板１１２、リレーレンズ系（１１３，１１４）、結像開口絞り１３０、ビームスプリッタ１１５、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６、Ｘ方向用ＣＣＤ１１７、及び信号処理系１１８等を備えている。
【００４９】
このアライメント検出系ＡＳの作用を説明すると、光源１０３からのアライメント光ＡＬは、ライトガイド１０４を介して所定位置まで導かれる。ライトガイド１０４の射出端から射出されたアライメント光ＡＬは、必要に応じて照明開口絞り１２７で制限された後、適当な断面形状を有する照明光束となってコンデンサレンズ１２９に入射する。
【００５０】
コンデンサレンズ１２９から出射されたアライメント光ＡＬは、一旦集光された後、不図示の照明視野絞りを介して照明リレーレンズ１０５に入射する。照明リレーレンズ１０５を介して平行光となったアライメント光ＡＬは、ビームスプリッタ１０６を透過した後、第１対物レンズ１０７に入射する。第１対物レンズ１０７で集光されたアライメント光ＡＬは、反射用プリズム１０８の反射面で鉛直下方に反射された後、ウエハステージＷＳＴ上の検出対象のマーク、例えば基準マーク板ＦＭ上の計測用マークＧＭ、その他の基準マーク、又はウエハＷ上のアライメントマークを照明する。
【００５１】
アライメント光ＡＬにより照明された上記の被検出マーク（以下、便宜上、「マークＭ」と呼ぶ）からの反射光は、反射用プリズム１０８及び第１対物レンズ１０７を介して、ビームスプリッタ１０６に入射する。そして、このビームスプリッタ１０６により鉛直上方に反射された光は、第２対物レンズ１１１を介して、指標マーク（不図示）が形成された指標板１１２上にマークＭの像を形成する。
【００５２】
指標板１１２から出射される光は、リレーレンズ系（１１３，１１４）を通過し、その通過中に必要に応じて結像開口絞り１３０により制限され、ビームスプリッタ１１５に入射する。そして、ビームスプリッタ１１５で分割された一方の光（反射光）はＹ方向用ＣＣＤ１１６に、他方の光（透過光）はＸ方向用ＣＣＤ１１７に入射する。
【００５３】
こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６及びＸ方向用ＣＣＤ１１７の撮像面には、マークＭの像が指標板１１２の指標マークの像とともに形成される。Ｙ方向用ＣＣＤ１１６及びＸ方向用ＣＣＤ１１７からの出力信号は、信号処理系１１８に供給され、該信号処理系１１８で所定の信号処理（例えば、ノイズ除去など）及びＡ／Ｄ変換がなされ、そのデジタル化された撮像信号、すなわち画像データが主制御系２０に供給される。主制御系２０では、その撮像信号に基づいて、指標マークの中心を基準とするマークＭの位置を算出し、その算出結果とその時のウエハレーザ干渉計システム１８の計測値とに基づいて、ステージ座標系におけるマークＭの位置座標を算出する。
【００５４】
露光装置１００には、さらに、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光学系と、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光学系とから成る斜入射方式の多点フォーカス検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部（図示省略）に固定されている。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、ステージ制御系１９はこの多点フォーカス検出系からのウエハ位置情報に基づいてウエハテーブル２５をＺ軸方向及び傾斜方向に駆動する。
【００５５】
主制御系２０は、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、装置の構成各部を統括して制御する。また、主制御系２０には、例えばキーボードのような入力装置１２６を介して、照明開口絞り１２７に対する指令や結像開口絞り１３０に対する指令が供給される。主制御系２０は、これらの指令に基づき、駆動系１２８を介して照明開口絞り１２７を駆動したり、駆動系１３１を介して結像開口絞り１３０を駆動したりする。
【００５６】
次に、上述のようにして構成された本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説明する。
【００５７】
まず、主制御系２０の管理の下、不図示のレチクルローダ、ウエハローダによって、レチクルロード、ウエハロードが行なわれる。
【００５８】
次いで、主制御系２０からの指示に応じ、ステージ制御系１９によりウエハ駆動装置２４が制御され、レチクルＲ上の一対のレチクルアライメントマークと、これに対応する基準マーク板ＦＭ上の一対のレチクルアライメント用の第１基準マークとを、不図示の一対のレチクル顕微鏡により同時に検出可能となる位置に、ウエハステージＷＳＴが移動される（位置決めされる）。そして、主制御系２０により、レチクル顕微鏡を用いてレチクルアライメントマークと対応する第１基準マークとの位置関係がそれぞれ検出される。
【００５９】
次いで、主制御系２０の指示に基づき、ステージ制御系１９によりウエハ駆動装置２４が制御され、アライメント検出系ＡＳにより基準マーク板ＦＭ上のベースライン計測用の第２基準マークが検出可能となる位置に、ウエハステージＷＳＴが移動される。そして、主制御系２０により、アライメント検出系ＡＳを用いて第２基準マークの位置（この場合、アライメント検出系ＡＳの指標マークの中心に対する第２基準マークの位置、すなわち指標マーク中心と第２基準マークとの位置関係）が精度良く検出される。そして、主制御系２０では、レチクルアライメントマークと対応する第１基準マークとの位置関係と、アライメント検出系ＡＳの指標中心と第２基準マークとの位置関係と、それぞれの計測時のレチクル干渉計１６及びウエハレーザ干渉計システム１８の計測値と、設計上のベースライン距離とに基づいてベースライン量（アライメント検出系ＡＳの指標中心とレチクルパターンの投影位置との位置関係）を算出する。
【００６０】
このような準備作業の終了後、図２のフローチャートに示されるＥＧＡ方式のウエハアライメントが開始される。この図２は、主制御系２０内のＣＰＵによる一連のウエハアライメントに関する処理アルゴリズムに対応する。なお、前提として、位置検出の対象となる後述するウエハマークの番号を示すカウンタｉは、１に初期化されているものとする。
【００６１】
前提として、ウエハＷは、前述のウエハロードに先立って行われるプリアライメントによりその回転誤差が精度良く補正されており、ウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダにロードされた際には、回転誤差が無視できる程度に小さくなっているものとする。従って、本実施形態では、ウエハＷの回転位置合わせのためのいわゆるサーチアライメントは不要である。
【００６２】
また、ウエハＷ上の各ショット領域には、ラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）から成るウエハアライメントマーク（ウエハマーク）がそれぞれ付設されているものとする。ウエハマークＷＭとしては、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるようにライン部の幅Ｗｌとスペース部の幅Ｗｓとの比（デューティ比）が１：１のＬ／Ｓマークから成る段差マーク（位相マーク）が用いられている。このウエハマークＷＭは、ライン部の幅Ｗｌ及びスペース部の幅Ｗｓがともに例えば６μｍで、ピッチｐが１２μｍであり、スペース部に対して深さｈ（例えば２５μｍ）の段差部から成る５本のライン部Ｌ１〜Ｌ５を有している。
【００６３】
ここで、ウエハＷ上の各ショット領域には、実際には、ウエハマークＷＭとして、Ｙ軸方向を周期方向（ピッチ方向）とするウエハＹマークＷＭｙとＸ軸方向を周期方向とするウエハＸマークＷＭｘとが、少なくとも各１つ設けられている。これらのウエハＹマークＷＭｙ、ウエハＸマークＷＭｘは、設計上は、それぞれのショット領域内の同一の位置に配置されている。なお、実際には、ウエハＹマークＷＭｙ、ウエハＸマークＷＭｘは、隣接するショット領域相互間のストリートライン上に配置されるが、ここでは、説明の便宜上からショット領域内の所定の位置に配置されているものとする。なお、ウエハマークＷＭは、５本のラインパターンを含むＬ／Ｓパターンに限定されるものではなく、他の本数であっても良い。また、本実施形態では、ライン間隔を同一としたが異なるライン間隔としても良い。
【００６４】
まず、図２のステップ３０２において、カウンタｉを参照して、第ｉ番目のウエハマークが形成された領域（マーク領域）がアライメント検出系ＡＳの撮像領域内に入るように、ウエハＷを移動させるべく、ステージ制御系１９に指示を与える。この指示に応じて、ステージ制御系１９では、ウエハレーザ干渉計システム１８で計測されたウエハステージＷＳＴの位置情報に基づいて、ウエハ駆動装置２４を介してウエハステージＷＳＴを移動し、ウエハＷ上の第ｉ番目（ここでは第１番目）のウエハマークが形成された領域をアライメント検出系ＡＳの撮像領域内に位置決めする。この場合、ウエハＷ上の最初のアライメントショット領域（サンプルショット領域）の第１マーク（例えばウエハＸマークＷＭｘ１とする）の形成領域（以下、便宜上「第１マーク領域」と呼ぶ）が、アライメント検出系ＡＳの撮像領域内に位置決めされる。
【００６５】
次いで、ステップ３０４において、アライメント検出系ＡＳを用いてウエハＷ上の第ｉ番目のマーク領域（この場合第１マーク領域）の撮像を行い、その撮像結果を不図示のメモリ（ＲＡＭ等）に格納する。
【００６６】
次にサブルーチン１０６において、メモリ内の撮像データに含まれる信号波形から第ｉ番目のウエハマークＷＭ（この場合、第１マークＷＭｘ１）のＸ位置を算出する。
【００６７】
サブルーチン１０６では、図４に示されるように、まず、ステップ３４２において、メモリ内に格納された撮像データを読み出して、信号波形Ｉ（Ｘ）（又はＩ（Ｙ））を抽出する。ここでは、ウエハＸマークＷＭｘに対応する信号波形Ｉ（Ｘ）を抽出する場合を採りあげて説明する。
【００６８】
かかる信号波形Ｉ（Ｘ）の抽出にあたって、まず、アライメント検出系ＡＳの撮像領域におけるウエハＷ上のＹ軸方向と共役なＹＰ軸方向の中心付近における複数本（例えば、５０本）のＸＰ軸方向（ウエハＷ上のＸ軸方向と共役な方向）の走査線上の強度分布平均を求めることによりホワイトノイズを相殺し、平均的なＸＰ軸方向に関する信号強度分布すなわち信号波形Ｉ（Ｘ）を抽出している。なお、本実施形態では、強度分布平均を求めた後に更に平滑化を行っている。こうして抽出された信号波形Ｉ（Ｘ）の一例が、図５に示されている。この図５において、横軸はＸＰ軸上の位置を示し、縦軸は信号強度Ｉを示す。
【００６９】
この図５に示されるように、信号波形Ｉ（Ｘ）はラインパターンＬｍ（ｍ＝１〜５）それぞれに応じた５つのマーク波形ＭＷＦｍを有している。このうち、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ４は、対応するラインパターンＬ１〜Ｌ４の両端の段差からそれぞれ一つのピーク波形（スペース部の信号レベルであるＩ１との差が所定値以上となる点を頂点とする波形）が観察される波形となっている。このように一つのラインから二つのピーク波形が得られるものをダブルマークと呼び、その波形をダブルマーク波形と呼ぶものとする。ダブルマーク波形は、ラインパターンの断面が段差構造となっていて、段差の上面と下面との間で位相差が生じるような場合に、ライン両端の段差からそれぞれ一つの信号（ピーク波形）が観察されるものである。
【００７０】
これに対して、マーク波形ＭＷＦ５は、対応するラインパターンＬ５から一つのピーク波形のみが観察される波形となっている。このように一つのラインから一つのピーク波形のみが得られるものをシングルマークと呼び、その波形をシングルマーク波形と呼ぶ。シングルマーク波形はライン内外で反射率に大きく差がある場合に観察される。また、断面が段差構造となっている場合でも、照明波長に対する段差深さの関係や、フォーカス状態によってシングル波形が得られる場合もある。
【００７１】
また、図５からもわかるように、マーク波形ＭＷＦｍは、それぞれの設計上の中心位置Ｘ１〜Ｘ５を基準として概略左右対称（鏡映対称）となっている。従って、この鏡映対称性に着目すれば、マーク波形ＭＷＦｍの位置、すなわちラインパターンＬｍの位置をある程度、正確に特定することができる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、次のようにして、マーク波形ＭＷＦｍの概略位置を特定する。すなわち、ステップ３４４において、図６に示されるように、ＸＰ軸方向に沿って所定の周期（配列ピッチＰＷ１）で配列された５つの領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３、ＰＦＤ４，ＰＦＤ５を定義し、領域ＰＦＤｍ（ｍ＝１〜５）を走査初期位置に設定する。ここで、領域ＰＦＤｍは、同一のＸＰ軸方向幅ＰＷ（ＰＷは、マーク波形ＭＷＦｍの幅より大きい）を有している。なお、以下において、領域ＰＦＤｍ内の信号波形をＩｍ（Ｘ）と表すものとする。
【００７３】
なお、領域ＰＦＤｍを走査初期位置に設定する前提として、該領域ＰＦＤｍの走査の初期位置と終了位置とが決定されている。ここで、領域ＰＦＤｍの走査初期位置の設定にあたっては、例えば領域ＰＦＤ１のＸＰ軸方向の位置（ＸＰ位置）が十分に小さくなるようにすることも可能であるが、第１マークＷＭｘ１の撮像直前の状態で設計上予想されるマーク波形ＭＷＦ１のＸＰ位置の範囲の最小値よりも僅かに小さな値にすることが、第１マークＷＭｘ１の検出を迅速に行うという観点からは望ましい。また、走査終了位置の設定にあたっては、例えば領域ＰＦＤ１のＸＰ位置を十分に大きく設定すればよいが、第１マークＷＭｘ１の撮像直前の状態で設計上予想されるマーク波形ＭＷＦ１のＸＰ位置の範囲の最大値よりも僅かに大きな値にすることが、第１マークＷＭｘ１の検出を迅速に行うという観点からは望ましい。
【００７４】
図７には、このようにして領域ＰＦＤｍが走査初期位置に設定された状態の一例が示されている。
【００７５】
次のステップ３４６では、領域ＰＦＤｍ内の信号波形Ｉｍ（Ｘ）の鏡映対称度を所定の演算により算出し、その算出結果をメモリに記憶する。
【００７６】
次のステップ３４８では、領域ＰＦＤｍが移動終了位置にあるか否かを判断する。この場合、領域ＰＦＤｍを走査初期位置に設定されたのみであるから、ここでの判断は否定され、ステップ３５０に進んで領域ＰＦＤｍを所定ピッチΔＸＰだけ＋ＸＰ方向に移動した後、ステップ３４６に戻り、以後ステップ３４６、３４８及び３５０のループで上記処理、判断を繰り返す。
【００７７】
なお、上記の説明では、説明の便宜上から領域ＰＦＤｍをピッチΔＸＰ間隔で＋ＸＰ方向に移動するような場合について説明しているが、実際には、領域ＰＦＤｍは、相互間距離を維持しつつ、初期位置から＋ＸＰ方向に走査が開始され、所定のサンプリング間隔でステップ３４６における鏡映対称度の算出が行われる。すなわち、ピッチΔＸＰは、サンプリング間隔において領域ＰＦＤｍが移動する距離に他ならない。
【００７８】
図８には、上記の走査中に、領域ＰＦＤｍの中心位置ＸＰＰｍが、ラインパターンＬｍに対応するマーク波形ＭＷＦｍの設計上の中心位置に一致した状態が示されている。
【００７９】
そして、領域ＰＦＤｍの走査が終了して、その走査終了位置に達すると、ステップ３４８における判断が肯定され、ステップ３５２に移行する。ステップ３４８における判断が肯定された時点では、メモリ内に領域ＰＦＤｍの走査開始位置及び走査終了位置を含むΔＸＰ間隔のＸＰ位置毎に、対応する信号波形Ｉｍ（Ｘ）の鏡映対称度の算出結果が記憶されている。
【００８０】
ステップ３５２では、メモリ内に記憶されている上記の信号波形Ｉｍ（Ｘ）の鏡映対称度の算出結果に基づいて、それぞれの鏡映対称度が最大となる位置を、対応するマーク波形ＭＷＦｍの概略的なＸＰ位置、すなわちマーク波形ＭＷＦｍに対応するラインパターンＬｍのＸ位置としてそれぞれ検出する。
【００８１】
なお、ウエハＹマークＷＭｙに対応する信号波形Ｉ（Ｙ）の抽出も前述と同様の手順で行われる。
【００８２】
このようにして、第ｉ番目（ここでは第１番目）のウエハマークＷＭを構成する各ラインパターンの検出方向（計測方向）の概略的な位置、この場合、第１マークＷＭｘ１を構成するラインパターンＬｍの概略的なＸ位置を算出して、その算出結果をメモリ内に記憶した後、ステップ３５４に進む。
【００８３】
ステップ３５４では、メモリ内の信号波形Ｉ（Ｘ）（又は（Ｉ（Ｙ）））と該信号波形を構成するマーク波形ＭＷＦｍに対応するラインパターンＬｍの概略的なＸ位置の情報と、ウエハマークの設計情報とに基づいて、ラインパターンに対応するマーク波形を同じ第１の特徴量を有する集合毎に分類する。ここでは、例えば第１の特徴量として、ピーク（信号）の数を採りあげて説明する。
【００８４】
すなわち、ステップ３５４では、例えば、得られた信号波形を微分し、各マーク波形ＭＷＦｍの微分信号が、ピーク対を一対だけ持つ場合には、そのマーク波形ＭＷＦｍを、前述のシングルマーク波形とし、ピーク対を二対持つ場合には、そのマーク波形ＭＷＦｍを、前述のダブルマーク波形として分類して、その結果をメモリに格納する。例えば、図５の信号波形Ｉ（Ｘ）の場合、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ４がダブルマーク波形、マーク波形ＭＷＦ５がシングルマーク波形として分類される。
【００８５】
次のステップ３５６では、上記の分類の結果、要素数が最大である集合に属するマーク波形のみを抽出する。例えば、図５の信号波形Ｉ（Ｘ）の場合、ダブルマーク波形が４つ、シングルマーク波形が１つであるから、ダブルマーク波形の集合に属するマーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ４のみが抽出されることになる。
【００８６】
次のステップ３５８では、抽出されたマーク波形（上記の場合、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ４）を、同じ第２の特徴量を有する集合毎に分類する。ここでは、ラインパターン内部からの信号強度と、ラインパターン外部（スペース部）からの信号強度の差異が所定範囲となるものを第２の特徴量とする。例えば、上記の場合、図５に示されるように、評価対象であるラインパターン内部からの信号強度をＩｉｎ、評価対象であるラインパターンと隣接するラインパターンとの間のスペース部からの信号強度をＩｏｕｔとした場合に、両者の差異の指標として、次の式（１）で示される値Ｄを用いることができる。
【００８７】
Ｄ＝（Ｉｏｕｔ−Ｉｉｎ）／Ｉｏｕｔ　　　　　　　　……（１）
【００８８】
Ｄは、ラインパターンの内外で信号強度が等しい場合に０となり、ラインパターン内部が外部に対して暗い場合は正、明るい場合は負の値をとる。
【００８９】
従って、例えばＤ≦０を第２の特徴量とした場合に、図５の場合、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３では、Ｄ≦０を満足し、マーク波形ＭＷＦ４では、Ｄ＞０となって、Ｄ≦０を満足しない。この結果、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３の集合とマーク波形ＭＷＦ４のみから成る集合とに分類される。
【００９０】
次のステップ３６０では、上記ステップ３５８の分類の結果、要素数が最大である集合に属するマーク波形のみを抽出する。例えば、図５の場合、Ｄ≦０を満足するマーク波形が３つ、満足しないマーク波形が１つであるから、Ｄ≦０を満足する集合に属するマーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３のみが抽出されることになる。
【００９１】
次のステップ３６２では、ステップ３６０で抽出したマーク波形（撮像信号）を用いて、所定の処理を行い、その抽出したマーク波形に対応するラインパターン（この場合マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３に対応するラインパターンＬ１〜Ｌ３）の位置を算出する。すなわち、抽出したマーク波形について、各マーク波形に基づいて所定の演算処理を行って、アライメント検出系ＡＳの撮像領域における上記抽出したマーク波形に対応する各特定のラインパターンの位置情報、すなわちＸＰ位置（ウエハＸマークの場合）又はＹＰ位置（ウエハＹマークの場合）を求めるとともに、前記各ラインパターンにおける設計上の基準点に対するオフセットを求める。
【００９２】
次のステップ３６４では、上記特定のラインパターンのＸＰ位置（又はＹＰ位置）の単純平均値と、オフセットの単純平均値との総和を求め、その値の換算値を、ウエハマークＷＭの検出方向の位置として算出する。
【００９３】
例えば、図５の場合、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３それぞれに基づいて、所定の演算を行い、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３のＸＰ位置Ｘ１’、Ｘ２’、Ｘ３’をそれぞれ求める。そして、次式（２）により、ウエハＸマークＷＭｘのＸＰ位置Ｘ’を求める。
【００９４】
Ｘ’＝ｋ｛（Ｘ１’＋Ｘ２’＋Ｘ３’）／３＋（２ＰＷ１＋ＰＷ１＋０）／３｝……（２）
式（２）において、ｋは、アライメント検出系ＡＳを構成する結像光学系の結像倍率によって定まる換算係数である。
【００９５】
この場合において、マーク波形ＭＷＦ１のＸＰ位置Ｘ１’と、そのオフセット（−２ＰＷ１）とに基づいて、次式（３）により、ウエハＸマークＷＭｘのＸＰ位置Ｘ’を求めることも可能である。
【００９６】
Ｘ’＝ｋ（Ｘ１’＋２ＰＷ１）　　　　　　　……（３）
あるいは、マーク波形ＭＷＦ２のＸＰ位置Ｘ２’と、そのオフセット（−ＰＷ１）とに基づいて、次式（４）により、ウエハＸマークＷＭｘのＸＰ位置Ｘ’を求めることも可能である。
【００９７】
Ｘ’＝ｋ（Ｘ２’＋ＰＷ１）　　　　　　　……（４）
あるいは、マーク波形ＭＷＦ３のＸＰ位置Ｘ３’に基づいて（この場合、オフセットは零）、次式（５）により、ウエハＸマークＷＭｘのＸＰ位置Ｘ’を求めることも可能である。
【００９８】
Ｘ’＝ｋＸ３’　　　　　　　　　　　　　……（５）
あるいは、いずれか２つのマーク波形ＭＷＦのＸＰ位置の平均値とオフセットの平均値との総和に基づいて、ウエハＸマークＷＭｘのＸＰ位置Ｘ’を求めることも可能である。
【００９９】
しかし、平均化効果による計測誤差の緩和のためには、前述の式（２）を用いることが望ましい。
【０１００】
そして、このようにして求めたウエハマークＷＭのアライメント検出系ＡＳの検出中心を基準とするウエハマークＷＭの位置と、そのウエハマークＷＭの撮像時におけるウエハレーザ干渉計システム１８の計測値とに基づいて、ステージ座標系上におけるウエハマークＷＭの位置座標を、ｉ番目のウエハマークＷＭ（ここでは、第１マークＷＭｘ１）の位置情報として算出する。そして、サブルーチン１０６の処理を終了して、メインルーチンのステップ３１０にリターンする。
【０１０１】
発明者は、上述のウエハマークＷＭの位置の算出に関して光学シミュレーションを行った結果、良好な結果が得られた。ここで、この光学シミュレーションについて簡単に説明する。
【０１０２】
シミュレーション条件は、光源としてハロゲンランプ光源を仮定し、開口数が０．３，ＲＭＳ値で０．０１λのコマ収差を有する検出光学系（アライメント検出系ＡＳの結像光学系に相当）を仮定し、ウエハマークとして、前述のウエハマークＷＭと同様のライン幅６μｍ、ライン間隔（配列周期）１２μｍ、ラインパターンの本数５、段差深さ２５ｎｍの段差マークから成るＬ／Ｓパターンを用いるものとした（図３（Ａ）、図３（Ｂ）参照）。また、左側３本のラインパターンＬ１〜Ｌ３では、ライン内外の反射率は一様であるが、右側の２本はラインパターンＬ４，Ｌ５では内部の反射率を、左からそれぞれ０．０２、０．１５減少させるものとした。
【０１０３】
この結果、図５とほぼ同様の信号波形Ｉ（Ｘ）が得られた。すなわち、上記の反射率の相違に起因して、ラインパターンＬ４，Ｌ５では、ラインパターンの内部からの信号強度が低下し、左側３本のラインパターンＬ１〜Ｌ３とは異なった形状となっている。
【０１０４】
この場合に、５本全てのラインパターンの位置の算出結果の平均値を求めたところ、全てのラインパターンＬ１〜Ｌ５が同一形状、同一反射率を有する理想的な場合、と比べて、ウエハマークの位置は６．１ｎｍずれることが確認された。
【０１０５】
次に、上述したように、シングルマークであるラインパターンＬ５を除外して、ダブルマークであるラインパターンＬ１〜Ｌ４の位置の平均値と、それぞれのオフセットの平均値との総和を求めた所、前記の位置ずれ量が３．２ｎｍとなった。これより、ラインパターンＬ１〜Ｌ４の位置と、それぞれのオフセットとを用いた場合の方が、位置計測精度が向上することが確認された。
【０１０６】
さらに、ダブルマークであるラインパターンＬ１〜Ｌ４の中でラインパターンの内外の信号強度差を示す指標Ｄが、正となるラインパターンＬ４を除外し、同一形状、同一反射率を有するラインパターンＬ１〜Ｌ３の位置の平均値と、それぞれのオフセットの平均値との総和を求めた所、ウエハマーク全体の検出位置は、全てのラインパターンＬ１〜Ｌ５が同一形状、同一反射率を有する理想的な場合とほぼ一致することが、確認された。
【０１０７】
図２に戻り、ステップ３１０では、カウンタｉを参照して、予め選択した全てのアライメントショット領域のウエハマークの位置情報を算出したか否かを判断する。ここでは、第１番目のウエハマークＷＭｘ１の位置情報を算出したのみなので、このステップ３１０における判断は否定され、ステップ３１２に進む。
【０１０８】
ステップ３１２では、カウンタｉをインクリメント（ｉ←ｉ＋１）した後、ステップ３０２に戻り、以後上記ステップ３０２〜３１２のループで処理、判断を繰り返す。
【０１０９】
そして、予め選択した全てのアライメントショット領域のウエハマークの位置情報（ウエハＸマークのＸ位置情報、ウエハＹマークのＹ位置情報）を算出すると、ステップ３１０における判断が肯定され、ステップ３１４に進む。このステップ３１４では、算出されたウエハマークの位置情報を用いて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに開示される最小自乗法を用いた統計演算を行って６種類の誤差パラメータ、すなわちウエハ・ローテーションθ、ウエハ・スケーリングＳｘ，Ｓｙ、ウエハ直交度Ｏｒｔ、オフセットＯｘ，Ｏｙを算出する。
【０１１０】
次のステップ３１６では、上記の６種類の誤差パラメータと各ショット領域の設計上の位置情報とを、前記誤差パラメータの算出の元となった所定モデル式に代入して、ウエハＷ上の全てのショット領域の配列座標（すなわち、重ね合わせ補正位置）を算出した後、本ルーチンの一連の処理を終了する。
【０１１１】
このようなウエハアライメントの終了後、以下のようにしてステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行なわれる。
【０１１２】
この露光動作にあたって、主制御系２０からのウエハアライメントの結果及びベースラインの計測結果に基づく指示に応じて、ステージ制御系１９がウエハレーザ干渉計システム１８の計測値をモニタしつつウエハＷのファーストショット（第１番目のショット領域）の露光のための走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動する。そして、ステージ制御系１９では、レチクルステージ駆動部１２、ウエハ駆動装置２４を介してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ軸方向の走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれの目標走査速度に達すると、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。
【０１１３】
ステージ制御系１９では、特に上記の走査露光時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗとが投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比に維持されるようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期制御する。
【０１１４】
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、ウエハＷ上のファーストショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介してファーストショットに縮小転写される。
【０１１５】
このようにして、ファーストショットの走査露光が終了すると、主制御系２０からの指示に応じ、ステージ制御系１９により、ウエハステージＷＳＴがＸ、Ｙ軸方向にステップ移動され、セカンドショット（第２番目のショット領域）の露光のための走査開始位置に移動される。
【０１１６】
そして、主制御系２０の管理の下、セカンドショットに対して上記と同様の走査露光が行われる。
【０１１７】
このようにして、ウエハＷ上のショット領域の走査露光と次ショット領域露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の全ての露光対象ショット領域にレチクルＲの回路パターンが順次転写される。
【０１１８】
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、主制御系２０、より具体的にはＣＰＵとソフトウェアプログラムとによって、アライメント検出系ＡＳを除く、位置検出装置の構成部分が実現されている。すなわちＣＰＵが行うステップ３４２〜３６０の処理によって選択装置が実現され、ステップ３６２の処理によって処理装置が実現され、ステップ３６４の処理によって演算装置が実現されている。
【０１１９】
なお、本実施形態において、前述の図４のフローチャートにおいて、二点鎖線で囲まれたステップ３５６〜３６２に代えて、主制御系２０内のＣＰＵの処理アルゴリズムとして、図９に示されるステップ３５６’〜３６２’のアルゴリズムを採用しても良い。ここで、この図９について間単に説明する。
【０１２０】
前述のステップ３５４において、同じ第１の特徴量を有する集合毎にマーク波形が分類され、例えば、各マーク波形ＭＷＦｍが、前述のシングルマーク波形と、前述のダブルマーク波形とに分類され、その結果がメモリに格納されている。この分類後、図９のステップ３５６’に移行する。
【０１２１】
このステップ３５６’では、上記の分類の結果、要素数が最小である集合に属するマーク波形のみを抽出する。例えば、図５の信号波形Ｉ（Ｘ）の場合、ダブルマーク波形が４つ、シングルマーク波形が１つであるから、シングルマーク波形の集合に属するマーク波形ＭＷＦ５のみが抽出されることになる。
【０１２２】
次のステップ３５８’では、抽出されたマーク波形（上記の場合、マーク波形ＭＷＦ５）を除く、残りのマーク波形（上記の場合マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ４）を、同じ第２の特徴量を有する集合毎に分類する。ここでは、前述と同様に、ラインパターン内部からの信号強度と、ラインパターン外部（スペース部）からの信号強度の差異が所定範囲となるものを第２の特徴量とする。この場合、両者の差異の指標として、例えば前述のＤ値を用いることができ、例えばＤ≦０を第２の特徴量とした場合に、図５の場合、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３では、Ｄ≦０を満足し、マーク波形ＭＷＦ４では、Ｄ＞０となって、Ｄ≦０を満足しない。この結果、マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３の集合とマーク波形ＭＷＦ４のみから成る集合とに分類される。
【０１２３】
次のステップ３６０’では、上記ステップ３５８’の分類の結果、要素数が最小である集合に属するマーク波形のみを抽出する。例えば、図５の場合、Ｄ≦０を満足するマーク波形が３つ、満足しないマーク波形が１つであるから、Ｄ≦０を満足しない集合に属するマーク波形ＭＷＦ４のみが抽出されることになる。
【０１２４】
次のステップ３６２’では、ステップ３６０’で抽出したマーク波形を除く残りのマーク波形（撮像信号）を用いて、所定の処理を行い、その残りのマーク波形に対応する特定のラインパターン（この場合マーク波形ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３に対応するラインパターンＬ１〜Ｌ３）の位置情報及び求めるとともに、前記各ラインパターンにおける設計上の基準点に対するオフセットを求める。この後、図４のステップ３６４に移行する。
【０１２５】
この図９の処理アルゴリズムを採用した場合、ＣＰＵが行うステップ３５４、３５８’の処理によってアライメント検出系ＡＳとともに位置検出装置を構成する特徴量決定装置が実現され、ステップ３５６’、３６０’の処理によって抽出装置が実現され、さらにステップ３６２’及び３６４の処理によって算出装置が実現されることになる。
【０１２６】
なお、上記のソフトウェアプログラムで実現した構成部分の少なくとも一部をハードウェアにて構成しても良いことは勿論である。また、本実施形態では、主制御系２０及びステージ制御系１９によって、照明光ＩＬによってウエハＷを露光する際に、上記位置検出装置により検出されたマークの位置情報に基づいてウエハＷの位置を制御する制御装置が実現されている。
【０１２７】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る位置検出装置及びその位置検出方法によると、アライメント検出系ＡＳにより、ウエハＷ上のＸ軸方向（又はＹ軸方向）に沿って配列されたラインパターンＬｍを含むＬ／Ｓマークから成るウエハマークＷＭを含むマーク領域が撮像され、複数のラインパターンに対応する撮像信号（ＭＷＦｍ）を含む撮像信号Ｉ（Ｘ）又はＩ（Ｙ）が取得される。また、主制御系２０により、複数のラインパターンのうちの少なくとも１本の特定ラインパターン（例えばラインパターンＬ１〜Ｌ３）が選択される（ステップ３４２〜３６０）。そして、主制御系２０により、選択された特定ラインパターンに対応する撮像信号（例えば、ＭＷＦ１〜ＭＷＦ３）を用いて所定の処理が行われ、特定ラインパターンの位置情報が求められる（ステップ３６２）。次いで、主制御系２０により、その特定ラインパターンの位置情報と特定ラインパターンの設計値に基づくオフセット量（基準点からのオフセット量）とを用いてウエハマークＷＭの位置情報、すなわちウエハマークＷＭの基準点の位置情報が算出される（ステップ３６４）。従って、本実施形態の位置検出装置及びその位置検出方法によれば、形状の崩れたマーク（ラインパターン）やマーク（ラインパターン）の位置ずれの傾向が異なるマーク（ラインパターン）が混在しても、これに影響を受けることなく、ウエハマークＷＭの位置情報を正確に求めることができる。
【０１２８】
また、本実施形態では、主制御系２０は、第１の特徴量としてラインパターンの撮像信号又はその微分信号から得られるピーク数を用いて、複数本のラインパターンをその第１の特徴量が同じ集合毎に分類し（ステップ３５４）、複数のラインパターンのうち特定ラインパターン、例えば要素数が最大の集合に属するラインパターン（例えばダブルマークであるラインパターンＬ１〜Ｌ３）を選択する。次いで、主制御系２０は、第２の特徴量としてラインパターンに対応する撮像信号のライン部に対応する第１部分とそれ以外の部分（スペース部）に対応する第２部分の信号強度の比の指標である前述のＤ値を用いて、上記で選択された特定ラインパターンを、その第２の特徴量が同じ集合毎に分類し、特定ラインパターン、例えば要素数が最大の集合に属するラインパターン（Ｄ値が負となるラインパターンＬ１〜Ｌ３）のみを選択する。
【０１２９】
このように２段階の分類、選択を行うこととしたのは、形状等が非常に近く、位置ずれの傾向がほぼ同一のラインパターンのみをより確実に選択するためである。従って、ある程度形状が近く位置ずれの傾向が同様であるラインパターンのみを選択するのであれば、ラインパターンの分類、選択は、１段階でも良い。この場合の特徴量としては、ラインパターンの撮像信号又はその微分信号から得られるピーク数を用いることができる。なお、全てのラインパターンがシングルマーク（あるいはダブルマーク）であることが事前に分っているのであれば、特徴量として、前述のＤ値などを用いることができる。また、要素数最大の集合を選択するのではなく、予め指定された特徴を持つ集団を選択しても良い。例えば要素数の大小によらず、必ずダブルマークを選択することもできる。
【０１３０】
また、本実施形態において、図９の処理アルゴリズムを採用する場合には、主制御系２０は、アライメント検出系ＡＳからの撮像信号に基づいて、マークを形成する複数のラインパターンの全てではなく、複数のラインパターンにそれぞれ対応する撮像信号及びそのｎ次微分信号のいずれか一方の信号波形から得られる所定の特徴量を求め（ステップ３５４，３５８’）、該所定の特徴量が他のラインパターンにおける特徴量と異なるラインパターンを抽出する（ステップ３５６’、３６０’）。そして、主制御系２０では、その抽出したパターンを除く、残りのラインパターンを用いて、マークの位置を算出する（ステップ３６２’、３６４）。このため、形状の崩れたマークやマークの位置ずれの傾向が異なるマークが混在しても、これに影響を受けることなく、マークの位置情報を正確に求めることができる。
【０１３１】
さらに、本実施形態に係る露光装置１００及びその露光方法によると、ウエハアライメントの際に、ウエハＷ上のアライメントショット領域に付設された、ウエハＸマーク（周期方向をＸ軸方向とするＬ／Ｓパターンから成るマーク）、ウエハＹマーク（周期方向をＹ軸方向とするＬ／Ｓパターンから成るマーク）が、前述の位置検出装置及びその位置検出方法を用いて検出される。この結果、形状の崩れたウエハマークやマークの位置ずれの傾向が異なるウエハマークが混在しても、これに影響を受けることなく、ウエハマークの位置情報が正確に検出される。そして、主制御系２０により、この正確に検出されたウエハマークの位置情報に基づいて、所定の統計演算により、ウエハＷ上のショット領域の配列座標が求められる。
【０１３２】
そして、主制御系２０及びステージ制御系１９は、上記のようにして精度良く算出（検出）されたウエハＷ上の各ショット領域の配列座標（及びベースライン量）に基づいて、ウエハＷのＸＹ面内の位置を制御しつつ、照明光ＩＬを用いてウエハＷを露光する。
【０１３３】
従って、露光時のウエハＷの位置を精度良く制御することができ、パターン転写位置誤差の極めて小さい高精度な露光が可能となる。すなわち、走査露光時のウエハＷとレチクルＲとの相対位置関係を所望の状態に維持することが可能となり、レチクルＲのパターンをウエハＷ上の各ショット領域に精度良く重ね合せて転写することができる。
【０１３４】
なお、マーク波形の分類方法としては、上記実施形態の分類方法に加えて、あるいは上記実施形態の分類方法に代えて、以下のような分類方法を採用することも可能である。
【０１３５】
すなわち、図１０（Ａ）に示されるように、抽出されたマーク波形（図１０（Ａ）ではマーク波形ＭＷＦ１’〜ＭＷＦ３’）を、同じ第３の特徴量を有する集合毎に分類する。
【０１３６】
ここでは、ラインパターンに対応するマーク波形のライン部（図１０（Ｂ）におけるライン部Ｌ１’〜Ｌ３’）の両端のエッジに対応する２つの部分の信号強度の比を第３の特徴量とする。ここで、図１０（Ａ）に示されるように、評価対象であるラインパターンに対応するマーク波形のライン部の図１０（Ａ）における左端のエッジに対応する部分からの信号強度をＩｌｅｆｔ、右端のエッジに対応する部分からの信号強度をＩｒｉｇｈｔ、評価対象であるラインパターンと隣接するラインパターンとの間のスペース部からの信号強度をＩｏｕｔとした場合に、三者の関係の指標として、次の式（６）で示される値Ｑを用いることができる。
【０１３７】
Ｑ＝（Ｉｌｅｆｔ−Ｉｒｉｇｈｔ）／Ｉｏｕｔ　　　　　　　　　…（６）
【０１３８】
Ｑは、ラインパターンの左右端それぞれのエッジに対応する部分からの信号強度が等しい場合（Ｉｌｅｆｔ＝Ｉｒｉｇｈｔの場合）に０となり、両者の差が大きくなるほど（すなわち、ラインパターンの左右対称性が崩れるほど）、Ｑの絶対値は大きくなる。従って、Ｑの許容範囲を決定し、その範囲をラインパターンに対応するマーク波形の分類の基準とすることにより、ラインパターンの形状が左右非対称で、観察される信号波形が非対称となるラインパターンを排除して、位置計測精度の向上を図ることが可能となる。
【０１３９】
ここで発明者によるシミュレーションの結果、図１０（Ａ）とほぼ同様の信号波形Ｉ（ｘ）’が得られた。以下、このシミュレーション結果について簡単に説明する。
【０１４０】
この場合、ライン部Ｌ３’のみを用いて位置計測を行ったところ、理想的な場合と比べて１１．１ｎｍずれていることが確認され、３本全てのラインパターンＬ１’〜Ｌ３’で位置計測を行ったところ、理想的な場合と比べて３．７ｎｍのずれが生じていることが確認された。
【０１４１】
そこで、−０．０５＜Ｑ＜０．０５を第３の特徴量とし、この条件を満たすラインパターンのみを位置計測に使用するとした場合には、ライン部Ｌ１’，Ｌ２’（マーク波形ＭＷＦ１’、ＭＷＦ２’）においては図１０（Ａ）に示されるようにＩｌｅｆｔ＝ＩｒｉｇｈｔであるからＱ＝０となり、ライン部Ｌ３’（マーク波形ＭＷＦ３’）ではＩｏｕｔ＝０．３２、Ｉｌｅｆｔ＝０．２１、Ｉｒｉｇｈｔ＝０．１９であるためＱ≒０．０６となって、ライン部Ｌ３’が除外されることとなる。
【０１４２】
このように、左右非対称なライン部Ｌ３’を位置計測対象から除外し、ライン部Ｌ１’，Ｌ２’のみで位置計測を行うことにより、マークの位置計測結果が理想的な場合とほぼ一致することが確認された。
【０１４３】
なお、上記実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパに適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式のステッパ等の静止型の露光装置にも適用できる。かかる場合には、静止露光を行う際に、ウエハを露光位置（レチクルパターンの投影位置）に精度良く位置決めすることができ、レチクルのパターンをウエハ上の所望の区画領域に精度良く重ね合せて転写することができる。
【０１４４】
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検出系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。
【０１４５】
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）、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。
【０１４６】
さらに、本発明に係る位置検出方法及び位置検出装置は、露光装置に限らず、結像式のマーク検出系を備えた装置であれば、適用が可能である。
【０１４７】
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置１００及びその露光方法をリソグラフィ工程で使用したデバイス製造方法の実施形態について説明する。
【０１４８】
図１１には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例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２０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０１４９】
次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
【０１５０】
最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
【０１５１】
図１２には、半導体デバイスにおける、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図１２において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０１５２】
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上で説明した露光装置及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【０１５３】
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１５４】
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上記実施形態の露光装置１００及びその露光方法が用いられるので、レチクルパターンとウエハＷ上の各ショット領域との重ね合わせ精度を向上して精度良くウエハ上にレチクルパターンを転写することができる。従って、最終製品であるマイクロデバイスの歩留まりが向上し、その生産性を向上させることができる。
【０１５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る位置検出方法及び位置検出装置によれば、物体上のマークの位置情報を正確に検出することができるという効果がある。
【０１５６】
また、本発明に係る露光方法及び露光装置によれば、基板を精度良く露光することができるという効果がある。
【０１５７】
また、本発明に係るデバイス製造方法によれば、デバイスの生産性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ＥＧＡ方式のウエハアライメントの処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ウエハマークＷＭを概略的に示す図である。
【図４】図２のサブルーチン１０６を示すフローチャートである。
【図５】信号波形Ｉ（Ｘ）の一例を示す図である
【図６】ＸＰ軸方向に沿って所定の周期で配列された５つの領域を示す図である。
【図７】領域ＰＦＤｍが走査初期位置に設定された状態の一例を示す図である。
【図８】領域ＰＦＤｍの中心位置ＸＰＰｍが、マーク波形ＭＷＦｍの設計上の中心位置に一致した状態を示す図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、変形例に係るマーク波形の分類方法を説明するための図である。
【図１０】変形例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明に係るデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１のステップ２０４の具体例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１９…ステージ制御系（制御装置の一部）２０…主制御系（選択装置、処理装置、演算装置、特徴量決定装置、抽出装置、算出装置、位置検出装置の一部、制御装置の一部）、ＡＳ…アライメント検出系（撮像装置、位置検出装置の一部）、ＩＬ…照明光（エネルギビーム）、Ｌｍ…ラインパターン、ＭＷＦｍ…撮像信号、Ｗ…ウエハ（物体、基板）、ＷＭ…ウエハマーク（マーク）。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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