(57)【要約】【課題】略円板状の物体の位置情報を精度良く検出する。【解決手段】ターンテーブルＴＴ上に保持されたウエハＷを２７０°だけ回転させ、その間のウエハＷのエッジ位置をラインセンサ２１、２２により検出する。その検出結果をＤ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］とすると、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転量が３６０°より小さい２７０°であっても、ウエハＷの全周の輪郭に関する情報を検出することができるので、ウエハＷの位置情報を短時間に、かつ、精度良く検出することができる。【選択図】図５
2005333116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円板状の物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
所定の回転軸を有し、その回転軸の回転により前記物体をその円周方向に回転可能に保持する回転保持機構と；
前記回転軸の回転量を検出する回転量検出装置と；
前記物体の異なる外縁部の位置情報をそれぞれ検出する少なくとも２つの外縁検出装置と；
前記回転軸を所定の回転量だけ回転させる制御装置と；
該回転中の前記回転量検出装置の検出結果と前記各外縁検出装置の検出結果との関係から得られる前記物体の輪郭に関する情報に基づいて、前記物体の位置情報を算出する算出装置と；を備える位置検出装置。
【請求項２】
前記所定の回転量が、３６０°よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記回転中の前記回転量検出装置の検出結果と前記各外縁検出装置の検出結果との関係に基づいて、その外縁検出装置の較正情報を算出する較正装置をさらに備え、
前記各外縁検出装置は、前記較正装置の算出結果を考慮して、前記物体の位置情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記較正装置は、
前記回転量検出装置の検出結果と前記各外縁検出装置の検出結果との関係を、関数フィッティングし、その関数における前記各外縁検出装置の検出結果のオフセット成分を算出し、そのオフセット成分の変化量を前記較正情報として算出することを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記較正装置は、
前記各外縁検出装置のオフセット成分の変化量に応じて得られる前記物体の半径の変化量を、前記較正情報としてさらに算出することを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記算出装置は、
前記各外縁検出装置のオフセット成分の変化量の和の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、前記較正情報により前記物体の位置情報の算出に用いる情報を更新することを特徴とする請求項４又は５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記外縁検出装置を、少なくとも３つ備え、
前記較正装置は、
前記各外縁検出装置のオフセット成分に基づいて、前記回転軸の回転中心の位置情報を、前記較正情報としてさらに算出することを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記物体には、その外周の一部に切欠きが設けられており、
前記較正装置は、
前記回転量検出装置の検出結果と前記各外縁検出装置の検出結果との関係を、関数フィッティングし、その関数に対する前記各外縁検出装置の検出結果の残差に基づいてその検出結果から前記切欠きに対応する部分を除き、残りの検出結果に基づいて、前記各外縁検出装置のオフセット成分を算出することを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記較正装置は、
前記切欠きに対応する部分が、前記関数の最大値及び最小値を算出するための範囲に含まれない場合には、その最大値と最小値との平均を前記各外縁検出装置のオフセット成分とし、
前記切欠きに対応する部分が、前記関数の最大値又は最小値を算出するための範囲に含まれる場合には、最大値と最小値とのうち、当該部分に対応しない方を前記各外縁検出装置のオフセット成分とすることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
略円板状の物体の位置調整を行う位置調整装置であって、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の位置検出装置と；
前記物体の位置情報に基づいて前記物体の位置を調整する調整機構と；を備える位置調整装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の位置調整装置と；
前記位置調整装置により位置が調整された略円板状の物体を保持するステージと；
前記ステージ上に保持された物体にパターンを転写する転写装置と；を備える露光装置。
【請求項１２】
略円板状の物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、
所定の回転軸を有する回転保持機構に、その回転軸の回転により、前記物体をその円周方向に回転可能となるように保持させる第１工程と；
前記回転軸を所定の回転量だけ回転させ、該回転中の前記回転軸の回転量を検出するとともに、前記物体の異なる外縁部の位置情報を少なくとも２つの外縁検出装置によってそれぞれ検出する第２工程と；
前記検出された回転量と前記各外縁検出装置の検出結果との関係から得られる前記物体の輪郭に関する情報に基づいて、前記物体の位置情報を算出する第３工程と；を含む位置検出方法。
【請求項１３】
前記第２工程では、
所定の回転量を、３６０°よりも小さくすることを特徴とする請求項１２に記載の位置検出方法。
【請求項１４】
前記第３工程に先立って、
前記回転中の前記回転軸の回転量と前記各外縁検出装置の検出結果との関係に基づいて、その外縁検出装置の較正情報を算出する第４工程をさらに含み、
前記第３工程では、前記較正装置の算出結果を考慮して、前記物体の位置情報を算出することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の位置検出方法。
【請求項１５】
前記第４工程では、
前記回転軸の回転量と前記各外縁検出装置の検出結果との関係を、関数フィッティングし、その関数における前記各外縁検出装置の検出結果のオフセット成分を算出し、そのオフセット成分の変化量を前記較正情報として算出することを特徴とする請求項１４に記載の位置検出方法。
【請求項１６】
前記第４工程では、
前記各外縁検出装置のオフセット成分の変化量に応じて得られる前記物体の半径の変化量を、前記較正情報としてさらに算出することを特徴とする請求項１５に記載の位置検出方法。
【請求項１７】
前記第３工程では、
前記各外縁検出装置のオフセット成分の変化量の和の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、前記較正情報により前記物体の位置情報の算出に用いる情報を更新することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の位置検出方法。
【請求項１８】
前記第２工程では、
少なくとも３つの外縁検出装置によって前記物体の異なる外縁部の位置情報を検出し、
前記第４工程では、
前記各外縁検出装置のオフセット成分に基づいて、前記回転軸の回転中心の位置情報を前記較正情報としてさらに算出することを特徴とする請求項１５に記載の位置検出方法。
【請求項１９】
前記物体には、その外周の一部に切欠きが設けられており、
前記第４工程では、
前記回転軸の検出結果と前記各外縁検出装置の検出結果との関係を、関数フィッティングし、その関数に対する前記各外縁検出装置の検出結果の残差に基づいてその検出結果から前記切欠きに対応する部分を除き、残りの検出結果に基づいて前記各外縁検出装置のオフセット成分を算出することを特徴とする請求項１８に記載の位置検出方法。
【請求項２０】
前記第４工程では、
前記切欠きに対応する部分が、前記関数の最大値及び最小値を算出するための範囲に含まれない場合には、その最大値と最小値の平均を前記各外縁検出装置のオフセット成分とし、
前記切欠きに対応する部分が、前記関数の最大値又は最小値を算出するための範囲に含まれる場合には、最大値と最小値のうち、当該部分に対応しない方を前記各外縁検出装置のオフセット成分とすることを特徴とする請求項１９に記載の位置検出方法。
【請求項２１】
略円板状の物体の位置調整を行う位置調整方法であって、
請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の位置検出方法を用いて前記物体の位置情報を検出する工程と；
前記物体の位置情報に基づいて前記物体の位置を調整する工程と；を含む位置調整方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の位置調整方法を用いて略円板状の物体の位置を調整する工程と；
前記位置調整方法により位置が調整された物体をステージに保持させる工程と；
前記ステージ上に保持された物体にパターンを転写する工程と；を含む露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置及び方法、位置調整装置及び方法、並びに露光装置及び方法に関し、さらに詳しくは、略円形の物体の位置情報を検出する位置検出装置及び方法、該位置検出装置を用いた位置調整装置及び該位置検出方法を用いた位置調整方法、並びに該位置調整装置を用いた露光装置及び該位置調整方法を用いた露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子（集積回路）、液晶表示素子等の電子デバイスを製造するリソグラフィ工程では、マスクステージ（レチクルステージ）に保持されたマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンの像を、投影光学系を介して、物体ステージ上に保持されレジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の感光性の物体（以下、「物体」又は「ウエハ」と呼ぶ）上の各ショット領域に転写する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光装置としては、従来、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）が多用されていたが、最近ではレチクルとウエハとを同期走査しつつ露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）も注目されている。
【０００３】
このような露光装置においては、ウエハ上に既に形成されているショット領域と、次に転写形成するショット領域との相対位置を最適化すべく、ウエハアライメントが行われており、そのウエハアライメントに先立って、ウエハ上にすでに形成されたウエハアライメント用のマークが、ウエハアライメントに用いられる検出系の捕捉範囲内（検出視野）に入るように、ウエハの位置及び回転を調整するいわゆるプリアライメントが行われている。
【０００４】
かかるプリアライメントにおいては、カメラなどの検出系により検出されたウエハの少なくとも３点の外縁（エッジ）の位置によりウエハの位置及び回転を検出すべく、その検出系の検出視野内にウエハのエッジが収まるようにウエハを位置決めする必要があり、そのためのウエハの概略位置検出が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
最近では、パターンの微細化に伴いウエハの各層間の重ね合わせの高精度化を達成すべく、上記プリアライメントの高精度化が望まれている。プリアライメントを高精度化するには、上記検出系を例えば高倍率にしてウエハのエッジの検出精度を高める方法が考えられるが、検出系が高倍率化されると、必然的にその検出系の視野が狭くなるので、このウエハの概略位置検出の高精度化を図る必要が生じている。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１５９２５５号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記事情の下になされた本発明は、第１の観点からすると、略円板状の物体（Ｗ）の位置情報を検出する位置検出装置であって、所定の回転軸を有し、その回転軸の回転により前記物体をその円周方向に回転可能に保持する回転保持機構（ＴＴ）と；前記回転軸の回転量を検出する回転量検出装置（２５）と；前記物体の異なる外縁部の位置情報をそれぞれ検出する少なくとも２つの外縁検出装置（２１，２２）と；前記回転軸を所定の回転量だけ回転させる制御装置（２０）と；該回転中の前記回転量検出装置の検出結果と前記各外縁検出装置の検出結果との関係から得られる前記物体の輪郭に関する情報に基づいて、前記物体の位置情報を算出する算出装置（２０）と；を備える位置検出装置である。
【０００８】
これによれば、回転保持機構に保持された略円板状の物体を回転させた状態で、物体の異なる外縁部をそれぞれ検出する外縁検出装置を少なくとも２つ備えている。このようにすれば、外縁検出装置が１つだけである場合に比べて、物体の外縁部の位置情報の情報量を増やすことができるので、物体の輪郭に関する情報の検出精度を高めることができる。
【０００９】
本発明は、第２の観点からすると、略円板状の物体の位置調整を行う位置調整装置であって、本発明の位置検出装置（ＰＲ１，２０）と；前記物体の位置情報に基づいて前記物体の位置を調整する調整機構（５１、ＲＳ等）と；を備える位置調整装置である。かかる場合には、本発明の位置検出装置を備えているので、物体の位置を高精度に調整することができる。
【００１０】
本発明は、第３の観点からすると、本発明の位置調整装置と；前記位置調整装置により位置が調整された略円板状の物体（Ｗ）を保持するステージ（ＷＳＴ）と；前記ステージ上に保持された物体にパターンを転写する転写装置（２０）と；を備える露光装置である。かかる場合には、本発明の位置調整装置により位置が調整された物体に対しパターンを高精度に転写することができる。
【００１１】
本発明は、第４の観点からすると、略円板状の物体（Ｗ）の位置情報を検出する位置検出方法であって、所定の回転軸を有する回転保持機構（ＴＴ）に、その回転軸の回転により、前記物体をその円周方向に回転可能となるように保持させる第１工程と；前記回転軸を所定の回転量だけ回転させ、該回転中の前記回転軸の回転量を検出するとともに、前記物体の異なる外縁部の位置情報を少なくとも２つの外縁検出装置（２１，２２）によってそれぞれ検出する第２工程と；前記検出された回転量と前記各外縁検出装置の検出結果との関係から得られる前記物体の輪郭に関する情報に基づいて、前記物体の位置情報を算出する第３工程と；を含む位置検出方法である。
【００１２】
これによれば、第２工程において、少なくとも２つの外縁検出装置を用いて、回転保持機構に保持された略円板状の物体を回転させた状態で、物体の異なる外縁部を２つ以上検出する。このようにすれば、１つの外縁検出装置により物体の外縁を検出する場合に比べて、物体の外縁部の位置情報の情報量を増やすことができるので、物体の輪郭に関する情報の検出精度を高めることができる。
【００１３】
本発明は、第５の観点からすると、略円板状の物体（Ｗ）の位置調整を行う位置調整方法であって、本発明の位置検出方法を用いて前記物体の位置情報を検出する工程と；前記物体の位置情報に基づいて前記物体の位置を調整する工程と；を含む位置調整方法である。かかる場合には、本発明の位置検出方法を用いて物体の位置情報に基づいて物体の位置を精度良く調整することができる。
【００１４】
本発明は、第６の観点からすると、本発明の位置調整方法を用いて略円板状の物体（Ｗ）の位置を調整する工程と；前記位置調整方法により位置が調整された物体をステージ（ＷＳＴ）に保持させる工程と；前記ステージ上に保持された物体に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、本発明の位置調整方法により位置が調整された物体に対しパターンを高精度に転写することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
≪第１の実施形態≫
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図１３に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本第１の実施形態に係る位置検出装置を備える露光装置１００の一部の縦断面図が概略的に示されている。図１では、この露光装置１００は、露光装置本体と、ウエハの搬送系とが主として示されている。
【００１７】
露光装置本体は、不図示の照明系の少なくとも一部、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、物体としてのウエハＷを保持可能なウエハステージＷＳＴ、アライメント検出系ＡＳ及びこれらの制御系としての主制御装置２０等を含んで構成されている。
【００１８】
露光装置本体は、前記投影光学系ＰＬを中心に構成されている。そこで、以下では、図１における紙面内上下方向、すなわち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向をＺ軸方向（紙面上側を正とする）とし、図１における紙面内左右方向をＹ軸方向（紙面右側を正とする）とし、図１における紙面直交方向をＸ軸方向（紙面手前側を正とする）として説明を行う。
【００１９】
投影光学系ＰＬの＋Ｚ側（上方）に位置するレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを、例えば真空吸着又は静電吸着等により吸着保持している。不図示の照明系から露光光ＩＬが照射されると、レチクルステージＲＳＴに保持されたレチクルＲに描かれた回路パターン上に、ほぼ均一な照度の照明領域が形成される。レチクルステージＲＳＴは、そのＸＹ平面内の位置情報が不図示の干渉計等により検出されており、検出された位置情報に基づいて、主制御装置２０の指示の下、例えば不図示のリニアモータ等によって、Ｙ軸方向に移動可能に、かつ、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面（Ｚ軸回りの回転を含む）内で少なくとも微小駆動可能に構成されている。
【００２０】
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１／４又は１／５）を有する屈折光学系が使用されている。このため、露光光ＩＬによってレチクルＲの照明領域が形成されると、このレチクルＲを通過した露光光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の回路パターンの縮小像（倒立像）が、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ側）に配置されたウエハステージＷＳＴに吸着保持されたウエハＷ上のその照明領域と共役な露光領域に形成される。
【００２１】
ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等を含む不図示のウエハステージ駆動部により、ＸＹ平面内（Ｚ軸回りの回転方向θｚ方向を含む）及びＺ軸方向に移動可能であり、ＸＹ平面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））にも微小駆動可能となっている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）は、複数の測長軸を有する不図示の干渉計によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。この干渉計によって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は主制御装置２０に供給されている。主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）に基づいて、不図示のウエハステージ駆動部を介してウエハステージＷＳＴの位置（又は速度）を制御する。
【００２２】
上述したレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハステージＷＳＴの構成により、主制御装置２０の指示の下、不図示の照明系から露光光ＩＬを照射した状態で、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴを、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じたスピードでＹ軸方向に逆方向に走査すれば、レチクルＲ上の回路パターンを、ウエハＷ上に転写することが可能となる。すなわち、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。
【００２３】
また、ウエハステージＷＳＴの中央部近傍には、不図示のセンタテーブルが上下動可能に配設されている。このセンタテーブルは、その先端に形成された、真空吸着あるいは静電吸着による円板状の吸着部によってウエハＷを吸着保持可能であるものとする。このセンタテーブルの上下動も、主制御装置２０の指示の下で行われる。
【００２４】
投影光学系ＰＬの−Ｙ側側面近傍には、オフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳが設けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、例えばディジタル画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のセンサが用いられている。このアライメント検出系ＡＳの撮像結果は、主制御装置２０に出力されている。
【００２５】
主制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メインメモリ等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、装置全体を統括して制御する。また、主制御装置２０には、例えばキーボード，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、ハードディスクから成る記憶装置が、外付けで接続されている。これらの入力装置、表示装置、記憶装置はいずれも不図示としている。
【００２６】
上記構成要素から成る露光装置本体を備える露光装置１００は、さらに、ウエハＷをウエハステージＷＳＴに搬送する搬送系を備えている。このウエハの搬送系においては、ウエハＷの位置合わせ（プリアライメント）を行う２つのプリアライメント系として、第１プリアライメント系ＰＲ１と、第２プリアライメント系ＰＲ２とが設けられている。第２プリアライメント系ＰＲ２は、第１プリアライメント系ＰＲ１と露光装置本体との間に配置されており、基本的には、第１プリアライメント系ＰＲ１から第２プリアライメント系ＰＲ２にウエハＷが搬送され、第２プリアライメント系ＰＲ２から露光装置本体のウエハステージＷＳＴにウエハＷが搬送されるようになる。この搬送を実現するために、第１プリアライメント系ＰＲ１から第２プリアライメント系ＰＲ２へウエハＷを搬送するロードスライダＲＳ（後述する図２におけるＹ駆動機構６０、Ｚ駆動機構６１の駆動により移動するスライダ）が設けられている。
【００２７】
第１プリアライメント系ＰＲ１は、第１プリアライメント装置５１と、Ｚ軸に略平行な回転軸を有し、その回転軸の回転によりウエハＷをその円周方向に回転可能に保持するターンテーブルＴＴと、そのターンテーブルＴＴをＸ軸方向に駆動可能なＸ駆動機構５２と、ターンテーブルＴＴに保持されたウエハＷの外縁部分を−Ｚ側から照明する不図示の照明装置と、ターンテーブルＴＴ上に保持されたウエハＷに対して、照明装置の対極側（＋Ｚ側）に配置されたラインセンサ２１，２２とを備えている。図１では、ラインセンサ２１は、ラインセンサ２２の紙面奧側に配置されている（図２参照）。
【００２８】
主制御装置２０の指示の下、Ｘ駆動機構５２の駆動により、ターンテーブルＴＴは、そのＸ位置を調整可能となっているが、Ｙ位置は固定となっている。ターンテーブルＴＴは、真空吸着あるいは静電吸着によりウエハを吸着保持する。また、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転量αに関する情報は、エンコーダ２５（図１では不図示、図４参照）によって検出され、第１プリアライメント装置５１を介して主制御装置２０に送られている。
【００２９】
ラインセンサ２１，２２は、１次元ＣＣＤセンサである。ラインセンサ２１，２２は、図２に示されるように、各センサの長手方向が、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心を中心とする円の半径方向となるように、かつ、ラインセンサ２１，２２の検出視野内の中央の位置とターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心との距離が、ウエハＷの設計上の半径と同一となるように設置されている。これにより、ラインセンサ２１，２２は、不図示の照明装置によって−Ｚ側から照明されたウエハＷの外縁（エッジ）を検出可能となっている。
【００３０】
図３（Ａ）には、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心とがウエハＷの中心とが一致した状態で、ターンテーブルＴＴに保持されているときのラインセンサ２１、２２の出力の一例が示されている。図３（Ａ）においては、横軸は、ラインセンサ２１、２２の各ピクセルのピクセル位置を示す。ラインセンサ２１、２２では、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心よりも遠い方のピクセルのピクセル位置を０としている。すなわち図３（Ａ）では、ピクセル位置の値の小さい方がターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心から遠いピクセルであるということになる。ラインセンサ２１、２２の各ピクセルから得られる信号は、輝度が所定の閾値よりも大きい場合に１となり、小さい場合には０となる。したがって、信号レベルが１から０（又は０から１）に切り替わるピクセル位置から、ウエハＷのエッジ位置を検出することができる。ラインセンサ２１、２２では、このピクセル位置がラインセンサ２１、２２の検出結果、すなわちウエハＷのエッジ位置Ｄ１、Ｄ２となる。図３（Ａ）では、ウエハＷの中心が、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心と一致しているため、ラインセンサ２１、２２ともに、ウエハＷのエッジ位置Ｄ１、Ｄ２は、検出視野の中心のピクセル位置となっている。
【００３１】
図３（Ｂ）には、ウエハＷの中心と、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心とが一致していない状態でのラインセンサ２１、２２の出力の一例が示されている。図３（Ｂ）では、ラインセンサ２１の出力では、エッジ位置Ｄ１が、その検出視野の中央よりもターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心側にシフトしており、ラインセンサ２２の出力では、エッジ位置Ｄ２が、検出視野の中央よりもターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心の反対側にシフトしている。以上の２つのラインセンサ２１、２２の出力から、図３（Ｂ）の場合においては、ウエハＷの中心がターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心よりも右側（＋Ｘ側）にシフトしているとみなすことができる。
【００３２】
図４には、このプリアライメント系ＰＲ１における制御系の制御ブロック図が示されている。図４に示されるように、この制御系は、主制御装置２０を中心に構成されている。ラインセンサ２１、２２、エンコーダ２５の出力は、第１プリアライメント装置５１を介して主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、これらの出力に基づいて、ターンテーブルＴＴ、Ｘ駆動機構５２、ロードスライダＲＳを制御する。なお、ラインセンサ２１，２２、エンコーダ２５の検出結果は、第１プリアライメント装置５１に一旦バッファリングされたうえで、主制御装置２０に送られる。
【００３３】
ロードスライダＲＳは、図２に示されるように、Ｙ駆動機構６０及びこれに接続されたＺ駆動機構６１に接続されており、真空吸着又は静電吸着等によりウエハＷを保持し、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動可能となっている。
【００３４】
第２プリアライメント系ＰＲ２は、第２プリアライメント装置４１と、ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃと、回転アーム５０とを含んで構成されている。
【００３５】
回転アーム５０は、第２プリアライメント装置４１から吊り下げ支持された回転軸により回転可能なアームである。回転アーム５０は、−Ｚ側の端部に回転軸からＸＹ平面内にほぼ１２０度の間隔を隔てて放射状に延びる３本の爪部を有している。この爪部は、その先端に、回転アーム５０の回転軸を中心とした円の半径方向に動く稼動部をそれぞれ有している。回転アーム５０は、この３本の爪部にそれぞれ配設された稼動部により、ウエハＷを吸着保持可能に構成されている。
【００３６】
ＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、図２の点線で示される検出視野ＶＡ、ＶＢ、ＶＣを有しており、それぞれの検出視野内のウエハＷの外縁部を検出する。
【００３７】
ターンテーブルＴＴに保持されたウエハＷがロードスライダＲＳに受け渡されると、ロードスライダＲＳは、＋Ｙ方向に移動して、第２プリアライメント系ＰＲ２の下方に移動する。この状態で、ロードスライダＲＳに保持されたウエハＷは、回転アーム５０の３本の爪部に囲まれた状態となり、ロードスライダＲＳが下方に移動すると、ウエハＷは回転アーム５０の爪部（具体的にはその稼動部）に受け渡されるようになる。
【００３８】
ここで、上記構成を有する露光装置１００のウエハＷの搬送動作について説明する。このウエハＷには、図２、図５にも示されているように、位置合わせ等のためにオリエンテーションフラット（以下、「オリフラ」と略称する）が設けられているものとし、既に一層以上のショット領域が形成されているものとする。
【００３９】
露光装置１００とインライン接続された不図示のレジストを塗布するレジスト塗布装置、すなわちコータ（Coater）等から、不図示の搬送系により、例えば−Ｙ方向からターンテーブルＴＴに向かって搬送されてきたウエハＷは、図５（Ａ）に示されるような向き、すなわちオリフラが−Ｘ方向（９時方向）に向いている状態で、その搬送系によってターンテーブルＴＴ上に載置され、ターンテーブルＴＴ上に吸着保持される（第１工程）。ウエハＷは、ターンテーブルＴＴ上に載置される前に、その姿勢（回転量）が検出され、あるいは機械的にある程度調整されたうえで、ターンテーブルＴＴの回転軸の中心とウエハの中心とがほぼ一致するように、ターンテーブルＴＴ上に載置されるものとする。
【００４０】
次に、主制御装置２０の指示の下、第１プリアライメント系ＰＲ１は、ターンテーブルＴＴ上に保持されたウエハＷに対しプリアライメントを行う。具体的には、第１プリアライメント系ＰＲ１は、ターンテーブルＴＴの回転軸を所定の角速度で所定の回転量、例えば図５（Ｂ）に示されるように、２７０°だけ時計回りに回転させつつ、所定のサンプリング間隔で、回転軸の回転量を検出するエンコーダ２５の検出値（これをα［ｉ］とする。ｉはサンプリング番号で、ｉ＝０，１，２，３，…である）と、ラインセンサ２１，２２において検出されるウエハＷのエッジ位置（それぞれＤ１［ｉ］，Ｄ２［ｉ］とする）を検出する（第２工程）。このとき、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転速度は、ラインセンサ２１，２２においてウエハＷのエッジ位置が精度良く検出することができる程度の速度であるものとする。検出されたα［ｉ］，Ｄ１［ｉ］，Ｄ２［ｉ］は、第１プリアライメント装置５１に送られて、第１プリアライメント装置５１にバッファリングされ、検出が終了すると、第１プリアライメント装置５１から主制御装置２０に送られ、不図示の記憶装置に格納される。
【００４１】
主制御装置２０は、この記憶装置に格納されたα［ｉ］，Ｄ１［ｉ］，Ｄ２［ｉ］に基づいて、ウエハＷの輪郭に関する情報を算出する。図５（Ｂ）には、ウエハＷのエッジと、プリアライメントにより検出されるＤ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］との対応関係が模式的に示されている。図５（Ｂ）に示されるように、本第１の実施形態では、ターンテーブルＴＴの回転量が２７０°であるため、Ｄ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］それぞれは、ウエハＷの全周のエッジをカバーするものではないが、Ｄ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］を合わせれば、ウエハＷの全周のエッジデータがすべて取得されたことになる。すなわち、本第１の実施形態によれば、ターンテーブルＴＴを３６０°回転させなくても、ウエハＷの全周のエッジデータを取得することができる。
【００４２】
なお、本第１の実施形態では、ラインセンサ２１，２２の設置角度が９０°であるため、この場合ウエハＷ全周のエッジデータを得るためには、回転量を少なくとも２７０°以上とする必要がある。この所定の回転量は、２７０°には限られず、２７０°より大きく３６０°より小さくすれば（好ましくは３００°〜３４０°（より好ましくは３３０°±１０°））、スループットを低下させることなく、ウエハＷの全周のエッジデータを十分に得ることができる。
【００４３】
さらに、本第１の実施形態では、算出されたウエハＷの輪郭に基づいて、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心と、ウエハＷの中心とのＸＹ平面内の位置ずれ、すなわちウエハＷの偏心量（これを、（Δｘ，Δｙ）とする）や回転量（これをθAとする）を後述する演算処理により算出する。
【００４４】
算出されたウエハＷの偏心量（Δｘ，Δｙ）や回転量θAは、第２プリアライメント系ＰＲ２のＣＣＤカメラ４０Ａ〜４０Ｃにより、ウエハＷのエッジを検出する際の誤差となる。したがって、上述のようにして検出されたウエハＷの偏心量（Δｘ，Δｙ）及び回転量θAは、回転アーム５０に保持される前にキャンセルしておく必要がある。本第１の実施形態では、ウエハＷの偏心量（Δｘ，Δｙ）及び回転量θAが検出された後、Ｘ駆動機構５２によってターンテーブルＴＴのＸ位置を調整することによりΔｘをキャンセルし、ロードスライダＲＳのＹ位置を調整することによってΔｙをキャンセルし、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転量を調整することにより、θAをキャンセルする。
【００４５】
上述のようにΔｙがキャンセルされるようなＹ位置で、ウエハＷを受け取ったロードスライダＲＳは＋Ｙ方向に進み、前述のようにして第２プリアライメント系ＰＲ２の回転アーム５０にウエハＷを受け渡す。回転アーム５０にウエハＷが受け渡されると、第２プリアライメント系ＰＲ２は、ＣＣＤカメラ４０Ａ〜４０Ｃにより、ウエハＷのエッジ付近を撮像する。この撮像結果は、第２プリアライメント装置４１を介して主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、この撮像結果に基づいて、回転アーム５０に保持されたウエハＷの中心位置及び回転量を検出する。
【００４６】
図５（Ｃ）には、ウエハＷが位置ずれ（回転量）なく理想的に回転アーム５０に受け渡されたときのウエハＷとＣＣＤカメラ４０Ａ〜４０Ｃの撮像視野との関係が示されている。図５（Ｃ）に示されるように、ＣＣＤカメラ４０Ａ〜４０Ｃの撮像視野をそれぞれＶＡ、ＶＢ、ＶＣとすると、ＶＡ、ＶＢは、ウエハＷのオリフラ中心（これをＯＦCとする）を中心として、距離にしてＬ１〜Ｌ２の範囲内にあるオリフラ上のウエハのエッジを捉えるように規定されており、ＶＣは、オリフラが−Ｙ方向（これを６時方向とする）を向いているときに、ウエハＷの３時方向のエッジを捉えるように規定されている。
【００４７】
このウエハＷの位置ずれ及び回転量は、ウエハＷがウエハステージＷＳＴにロードされた後、後述するサーチアライメントを行う際に、ウエハＷに形成されたサーチアライメントマークが、アライメント検出系ＡＳの検出視野内に入るように、ウエハＷを位置合わせするために算出されるものであり、ウエハＷがウエハステージＷＳＴにロードされる前にキャンセルされるべきものである。ウエハＷの位置ずれ量は、回転アーム５０からウエハステージＷＳＴにウエハＷを受け渡す際のウエハステージＷＳＴのＸＹ位置を調整することによりキャンセルすることができ、ウエハＷの回転量は、回転アーム５０の回転によりキャンセルすることができる。
【００４８】
このように、ウエハＷをウエハステージＷＳＴを搬送する際には、サーチアライメント等を正確に行うために、第１プリアライメント系ＰＲ１及び第２プリアライメント系ＰＲ２においてウエハＷのプリアライメントを行っている。特に、第１プリアライメント系ＰＲ１では、第２プリアライメント系ＰＲ２のＣＣＤカメラ４０Ａ〜４０Ｃの撮像視野ＶＡ〜ＶＣ内が、規定されたウエハＷのエッジを捉えることができるようにすることを目的として行われる。以下では、この第１プリアライメント系ＰＲ１でのプリアライメント動作について、図６〜図１０に示される、主制御装置２０によって実行される処理手順を示すフローチャートを中心に詳細に説明する。
【００４９】
この処理手順は、上述のように、ターンテーブルＴＴを所定の回転量（例えば２７０°）で回転させたときのターンテーブルＴＴの回転量α［ｉ］とラインセンサ２１，２２の検出データＤ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］が、第１プリアライメント装置５１を介して取得され、不図示の記憶装置への格納が完了した時点で開始される。
【００５０】
図６に示されるように、まず、ステップ４０１において、上述したように、ターンテーブルＴＴの回転量α［ｉ］とラインセンサ２１，２２によるＤ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］を不図示の記憶装置からメインメモリに読み込む。
【００５１】
各データ（α［ｉ］、Ｄ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］）を読み込んだ後は、次のラインセンサ２１の較正情報の算出のサブルーチン４０３に進む。サブルーチン４０３では、図７に示されるように、まず、ステップ５０１では、サンプリングデータα［ｉ］，Ｄ１［ｉ］を、次式を用いて、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心を原点とする極座標系（円座標系）であるＲθ座標系に変換する。ここでの回転量αは、原点よりも＋Ｘ側のＸ軸上の点が０となるように規定されている。なお、実際には、図１１に示されるように、ラインセンサ２１では、その検出視野の長手方向が、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心に対してある程度の角度（この角度をΦとする）を有している。この場合、ラインセンサ２１の出力Ｄ１［ｉ］、すなわちラインセンサ２１のセンサ中心（これをＬｃとする）からのウエハＷのエッジ位置の距離に応じた分だけ、すなわち図１１に示されるｄα［ｉ］だけターンテーブル５１の回転量を補正する必要がある。この回転量の補正量ｄα［ｉ］は次式で表される。
【００５２】
【数１】
2005333116.tif 000003
ここで、Ｍ１はラインセンサ２１の倍率であり、ＲDはウエハＷの半径である。したがって、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心からのウエハＷのエッジまでの距離Ｒ［ｉ］は、次式を用いて算出される。
【００５３】
【数２】
2005333116.tif 000004
また、ウエハＷのそのエッジの角度θ［ｉ］は、次式を用いて算出される。
【００５４】
【数３】
2005333116.tif 000005
ここで、Ｐは、エンコーダ２５の１回転当たりのパルス数である。すなわち、このステップ５０１では、上記式（１）〜式（３）を用いて、サンプリングデータ（α［ｉ］，Ｄ１［ｉ］）を、Ｒθ座標系におけるウエハＷの輪郭データ（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）に変換する。
【００５５】
次のステップ５０３では、上記ステップ５０１で求めたＲθ座標系におけるウエハＷの輪郭データ（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）を、次式を用いてＸＹ座標系の輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）に変換する。
【００５６】
【数４】
2005333116.tif 000006
次のステップ５０５では、全ての輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を用いて、仮ウエハ中心を算出する。ここでは、輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を全て円弧上のデータとみなしてオリフラ上のエッジ位置データも含めてウエハ中心を算出するので、仮のウエハ中心としている。以下、この仮ウエハ中心の算出方法について具体的に説明する。なお、ここでは、輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）の全点数をｍとする。
【００５７】
ウエハＷの半径をｒ、仮ウエハ中心を（ａ，ｂ）とすると、円の方程式は、次式で表される。
【００５８】
【数５】
2005333116.tif 000007
この式を展開し、ｃ＝ａ2＋ｂ2＋ｒ2と置くと、次式が得られる。
【００５９】
【数６】
2005333116.tif 000008
ここで、ｍ点のエッジ座標を連立させると、以下に示す式を作成することができる。
【００６０】
【数７】
2005333116.tif 000009
上記式（７）は、次式のようにまとめることができる。
【００６１】
【数８】
2005333116.tif 000010
ここでは、上記式（９）のマトリクスＡ及び右辺の列ベクトルの各要素（ｘi，ｙi）に、輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）をそれぞれ代入し、最小二乗法を用いて、すなわち上記式（８）を次式のように変形して（ａ，ｂ，ｃ）を求める。
【００６２】
【数９】
2005333116.tif 000011
ここで、ＡTは、マトリクスＡの転置行列である。このようにして求められた（ａ，ｂ）が、ウエハＷの中心座標となる。ところで、ウエハＷの半径ｒは、次式より得られる。
【００６３】
【数１０】
2005333116.tif 000012
このステップ５０５では、上記式（９）等を解いてウエハＷの仮中心を算出する。このようにして得られたウエハＷの仮中心をＣ’とし、そのＸＹ座標を（ＸCL’，ＹCL’）とする。
【００６４】
次のステップ５０７では、仮オリフラ中心を算出する。ここでは、全ての輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）について、ウエハＷの仮中心Ｃ’からの距離Ｌを次式を用いて算出し、その距離Ｌが最短となるデータ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を、全ての輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）の中から抽出する。
【００６５】
【数１１】
2005333116.tif 000013
ここで、抽出された輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を、仮オリフラ中心ＯＦC’とし、そのＸＹ座標を（ＸOFC’，ＹOFC’）とする。
【００６６】
次のステップ５０９では、仮オリフラ中心ＯＦC’を基準として、全ての輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を、円弧データと仮オリフラデータとに選別する。ここでは、例えばウエハＷのオリフラ長の設計値を、ＯD（例えば約５７．５ｎｍ）とすると、仮オリフラ中心ＯＦC’からの距離がＯD／２程度（例えば２８．０ｍｍ）以下の輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を、仮オリフラデータとし、ＯD／２程度（例えば３２．０ｍｍ）以上の輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を円弧データとして選別する。
【００６７】
次のステップ５１１では、円弧データとして選り分けられたデータ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）に対応するサンプル番号ｉのデータ（α［ｉ］，Ｄ１［ｉ］）のデータ群ＬＣ＿ｄａｔａを作成し、ステップ５１３では、ＬＣ＿ｄａｔａを用いて、ラインセンサ２１のセンサ中心Ｌｃを以下のようにして算出する。なお、以下では、ＬＣ＿ｄａｔａのデータ数をｎとする。
【００６８】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）には、ウエハＷ（オリフラの図示は省略している）を保持して回転するターンテーブルＴＴ及びラインセンサ２１と、ターンテーブルＴＴの回転量θとラインセンサ２１の出力Ｄ１［ｉ］との関係が示されている。図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）においては、ターンテーブルＴＴの回転量をα［ｉ］とし、ウエハＷの半径をＲDとしている。図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）においては、その検出視野の中心を検出原点として設定している。
【００６９】
図１２（Ａ）には、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心と、ウエハＷの中心が完全に一致している場合が示されている。ここでは、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心と、ラインセンサ２１の検出原点との距離は、ウエハＷの半径ＲDと同じとなっているものとする。この場合、ターンテーブルＴＴの回転軸を回転させたとしても、ラインセンサ２１の検出視野内におけるウエハＷのエッジ位置は変化せず、０のままとなる。
【００７０】
図１２（Ｂ）には、ターンテーブルＴＴの回転中心と、ウエハＷの中心とが一致していない場合が示されている。この場合、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心に対し、ウエハＷが偏心しているので、その回転軸を回転させると、ラインセンサ２１によって検出されるウエハＷのエッジ位置は、回転軸の回転量に対して正弦波となる。この正弦波の振幅は、ウエハＷの偏心量に応じて増減する。
【００７１】
図１２（Ｃ）には、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心と、ウエハＷの中心とが一致しておらず、かつ、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心とラインセンサ２２の検出原点との距離がウエハＷの半径ＲDよりも大きくなっている場合が示されている。この場合、ターンテーブルＴＴを時計回りに回転させると、図１２（Ｂ）の場合と同様に、ラインセンサ２２の出力Ｄ１［ｉ］は正弦波（図１２（Ｂ）と振幅が同一となる）となるが、その正弦波には、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心とラインセンサ２１の検出原点との距離と、ウエハＷの半径ＲDとの違いによるオフセット成分が生ずることとなる。
【００７２】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示したように、このターンテーブルの回転量α［ｉ］に対しウエハＷのエッジ位置Ｄ１［ｉ］は、ウエハＷの中心の偏心によって正弦波となり、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心とラインセンサ２１の検出原点との距離と、ウエハＷの半径との違いによって、オフセット成分を有するようになるので、ターンテーブルＴＴの回転量α［ｉ］とラインセンサ２１の出力Ｄ１［ｉ］との関係を、次式でモデル化することができる。
【００７３】
【数１２】
2005333116.tif 000014
ここで、Ａは、ウエハＷの偏心に伴う正弦波の振幅であり、Ｂは初期位相であり、Ｃはラインセンサ２１の出力のオフセット成分である。このＣ、すなわちオフセット成分によって表される位置がセンサ中心となる。
【００７４】
ここで、上記式（１２）を三角関数の加法定理によって変形し、ｎ点の円弧データ（α［ｉ］，Ｄ１［ｉ］）を連立させると、次式が得られる。
【００７５】
【数１３】
2005333116.tif 000015
ここで、Ｐ＝Ａ・ｃｏｓＢであり、Ｑ＝Ａ・ｃｏｓＢである。上記式（１３）は次式のようにまとめることができる。
【００７６】
【数１４】
2005333116.tif 000016
したがって、最小二乗法により、次式を用いて（Ｐ，Ｑ，Ｃ）を求めることができる。
【００７７】
【数１５】
2005333116.tif 000017
ここで、ＭTは、Ｍの転置行列である。最小二乗法より求められた解の要素のうち、Ｃが、ラインセンサ２１のオフセット成分（センサ中心）Ｌｃとなる。
【００７８】
次のステップ５１５では、これまでのラインセンサ２１のセンサ中心Ｌｃ’と、今回上記ステップ５１５において求められたラインセンサ２１のセンサ中心Ｌｃの変化量（ｄＬｃとする）を次式を用いて求める。
【００７９】
【数１６】
2005333116.tif 000018
なお、この時点では、Ｌｃ’は、まだ設定されていないので、Ｌｃ’＝０とする。ステップ５１５終了後は、サブルーチン４０３の処理を終了し、図６のラインセンサ２２の検出データＤ２［ｉ］の較正情報の算出のサブルーチン４０５に進む。
【００８０】
サブルーチン４０５では、図８に示されるように、まず、ステップ６０１では、図７のステップ５０１と同様に、サンプルデータ（α［ｉ］，Ｄ２［ｉ］）を、Ｒθ座標系の輪郭データ（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）に変換し、続くステップ６０３で、図７のステップ５０３と同様に、Ｒθ座標系の輪郭データ（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）を、ＸＹ座標系の輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）に変換する。すなわち、ステップ６０１、ステップ６０３は、図６のサブルーチン４０３でのステップ５０１、ステップ５０３（図７参照）の処理と同じであるので詳細な説明を省略する。
【００８１】
次のステップ６０５では、上記ステップ５０５で算出されたウエハＷの仮中心Ｃ’の位置座標（ＸCL’，ＹCL’）を、次式を用いて、ラインセンサ２２の座標系でのウエハＷの仮中心の位置座標（ＸCR’，ＸCR’）に変換する。
【００８２】
【数１７】
2005333116.tif 000019
ここで、ＭX，ＭYは、ラインセンサ２２に対するラインセンサ２１のＸ軸及びＹ軸方向の倍率比であり、ｄｘ，ｄｙ，ｄθは、両座標系における原点の位置ずれ及び回転ずれである。これらの値は予め求められており、主制御装置２０に設定されているものとする。
【００８３】
次のステップ６０７では、上記ステップ５０７と同様に、仮ウエハ中心から最短距離にある（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を仮オリフラ中心ＯＦc’（ＸOFC’，ＹOFC’）として算出し、次のステップ６０９では、上記ステップ５０９と同様に、仮オリフラ中心ＯＦc’を基準として、サンプルデータ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を、円弧データと、仮オリフラデータとに選別し、ステップ６１１において、上記ステップ５１１と同様に、円弧データに対応するＲＣ＿ｄａｔａを作成する。続くステップ６１３では、上記ステップ５１３と同様に、ラインセンサ２２のセンサ中心Ｒｃを算出し、ステップ６１５では、上記ステップ５１５と同様に、ラインセンサ２２のセンサ中心Ｒｃの変化量ｄＲｃを次式を用いて算出する。
【００８４】
【数１８】
2005333116.tif 000020
ステップ６１５終了後は、サブルーチン４０５を終了し、図６のステップ４０７に進む。
【００８５】
ステップ４０７では、ｄＬｃとｄＲｃとの和の絶対値、すなわち｜ｄＬｃ＋ｄＲｃ｜が、所定の閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。これにより、ラインセンサ２１の較正情報を更新すべきか否かが判断される。このステップ４０７の判断が肯定されれば、ステップ４０９に進み、否定されれば、ステップ４１３に進む。
【００８６】
ステップ４０９では、両ラインセンサ２１，２２のセンサ中心Ｌｃ，Ｒｃを更新するとともに、このセンサ中心の変化量ｄＬｃ，ｄＲｃを次式に代入して、ウエハＷの半径ＲDを算出する。すなわち、ここでは、ウエハＷの輪郭データを算出するためのパラメータを更新する。
【００８７】
【数１９】
2005333116.tif 000021
ここで、ＲDoldは、これまで設定されていたウエハＷの半径ＲDであり、Ｍ２は、所定の倍率である。
【００８８】
次のサブルーチン４１１では、図９に示されるように、ステップ７０１（（α［ｉ］，Ｄ１［ｉ］）をＲθ座標系に座標変換）→ステップ７０３（ＸＹ座標系に座標変換）→ステップ７０５（仮ウエハ中心算出）→ステップ７０７（仮オリフラ中心算出）→ステップ７０９（円弧データと仮オリフラデータとを選別）→ステップ７１１（円弧データＬＣ_ｄａｔａ作成）をこの順に行う。各処理は、図７のサブルーチン４０３のステップ５０１〜ステップ５１１の処理と同じであるので詳細な説明を省略する。これらの処理を行うことにより、新たに設定されたパラメータの下で、ラインセンサ２１により検出されたサンプルデータＤ１［ｉ］に基づいてウエハＷの新たな円弧データが作成され、ＬＣ＿ｄａｔａが更新される。サブルーチン４１１終了後、又はステップ４０７で判断が否定された後は、ステップ４１３に進む。
【００８９】
ステップ４１３では、上記ステップ５０５（図７参照）と同様に、円弧データＬＣ＿ｄａｔａよりウエハ中心Ｃ（ＸC，ＹC）とウエハの半径ｒを求める。これらの算出方法は前述した通りであるので、詳細な説明を省略する。このウエハ中心Ｃ（ＸC，ＹC）と、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心のＸＹ座標との差が、ウエハＷの偏心位置ずれ（ΔＸ，ΔＹ）となる。この位置ずれ（ΔＸ，ΔＹ）は、不図示の記憶装置に格納される。
【００９０】
次のステップ４１５では、算出されたウエハ中心Ｃ（ＸC，ＹC）と上記サブルーチン４１１のステップ５０９（図７参照）で求められた仮オリフラデータとを用いて、オリフラ中心ＯＦcを算出する。以下では、このオリフラ中心ＯＦcの求め方について具体的に説明する。
【００９１】
仮オリフラ中心を基準にして、仮オリフラデータのうち、仮オリフラ中心ＯＦC’よりも−Ｘ側の点データをＡi（ＸAi，ＹAi）とし、＋Ｘ側の点データをＢj（ＸBj，ＹBj）とする。ここでは、点Ａiの数がｎ個であり、点Ｂjの数がｍ個であるものとして話を進める。
【００９２】
図１３には、オリフラ中心ＯＦcの算出式の根拠となるウエハ中心Ｃとオリフラ中心ＯＦcと、上記点Ａi（ＸAi，ＹAi）、点Ｂj（ＸBj，ＹBj）との関係を示す図が模式的に示されている。図１３に示されるような各点の位置関係（各点間の距離Ｌ3ij，Ｌ1i，Ｌ2j）より、点Ａとオリフラ中心ＯＦCij（ＸOFCij，ＹOFCij）との距離Ｌ3aij（＝Ｌ3ij−Ｌ3bij）は、次式で表される。
【００９３】
【数２０】
2005333116.tif 000022
この距離Ｌ3aijより、オリフラ中心の座標候補ＯＦCijの位置座標（Ｘofcij，Ｙofcij）を次式を用いて算出することができる。
【００９４】
【数２１】
2005333116.tif 000023
本第１の実施形態では、点Ａiと点Ｂjの全ての組合せについて、上記式（２０）、式（２１）を演算して、各組合せにおけるＯＦCij（Ｘofcij，Ｙofcij）を求め、次式を用いて、それらの平均値を求め、その平均値を、オリフラ中心ＯＦcとする。
【００９５】
【数２２】
2005333116.tif 000024
次のステップ４１７では、上記式（２２）で求められた距離Ｌ3aijを用いて、次式を用いてウエハ中心からオリフラまでの距離Ｌhijを算出する。
【００９６】
【数２３】
2005333116.tif 000025
そして、点Ａiと点Ｂjとの全ての組合せについて、Ｌhijの平均値を次式を用いて求め、この算出結果をウエハ中心からオリフラまでの長さＯＦＬとする。
【００９７】
【数２４】
2005333116.tif 000026
次のステップ４１９では、上記ステップ４０７と同様に、ｄＬｃとｄＲｃとの和の絶対値、すなわち｜ｄＬｃ＋ｄＲｃ｜が、所定の閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。この判断が肯定されれば、サブルーチン４２１に進み、否定されれば、ステップ４２３に進む。
【００９８】
サブルーチン４２１では、図１０に示されるように、ステップ８０１（（α［ｉ］，Ｄ２［ｉ］）をＲθ座標系のデータに変換）→ステップ８０３（ＸＹ座標系に変換）を、この順に行う。各処理は、図８のサブルーチン４０３のステップ６０１、ステップ６０３の処理と同じである。これらの処理を行うことにより、ラインセンサ２２により検出されたサンプルデータＤ２［ｉ］に基づいてウエハＷの輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）が再び作成される。サブルーチン４２１終了後、又はステップ４１９で判断が否定された後は、ステップ４２３に進む。
【００９９】
ステップ４２３では、図８のステップ６０５と同様に、ウエハ中心Ｃの位置座標をラインセンサ２２によって規定される座標系の位置座標に変換する。次のステップ４２５では、このウエハ中心Ｃから仮オリフラ中心ＯＦC’を、上記ステップ６０７と同様にして検出する。続くステップ４２７では、上記ステップ６０９と同様にして、この仮オリフラ中心ＯＦC’を用いて、ラインセンサ２２のＤ２［ｉ］から得られた輪郭データ（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）を、円弧データとオリフラデータとに選別する。
【０１００】
そして、次のステップ４２９では、上記ステップ４１５と同様に、オリフラ中心ＯＦCを検出し、次のステップ４３１では、そのオリフラ中心ＯＦCを基準として、距離Ｌ１〜Ｌ２の範囲内（すなわち第２プリアライメント系ＰＲ２にあるＣＣＤカメラ４０Ａ、４０Ｂの撮像視野ＶＡ、ＶＢに対応する範囲内）にあるオリフラデータを算出する。そして、続くステップ４３３では、抽出されたオリフラデータより、ウエハＷの回転量θAを算出する。以下、この回転量θAの算出方法について説明する。
【０１０１】
抽出されたオリフラデータのデータ数をｎとし、それぞれ（ｘi，ｙi）（ｉ＝１、２、３、…，ｎ）であるものとする。そして、オリフラがＸＹ座標系における１次式ｙ＝ａｘ＋ｂに従うものとし、ｎ点のエッジ座標を連立させると、次式が得られる。
【０１０２】
【数２５】
2005333116.tif 000027
上記式（２５）は、次式のようにまとめることができる。
【０１０３】
【数２６】
2005333116.tif 000028
求める解は、最小二乗法より次式で求まる。
【０１０４】
【数２７】
2005333116.tif 000029
ここで、Ａ’はＡの転置行列を表す。これにより、オリフラを示す直線の傾きａ、切片ｂが求まり、オリフラ部分の回転量θAを次式から求めることができる。
【０１０５】
【数２８】
2005333116.tif 000030
求められた回転量θAは、不図示の記憶装置に格納される。ステップ４３３終了後は、第１プリアライメント系ＰＲ１におけるプリアライメント処理を終了する。
【０１０６】
この第１プリアライメント系ＰＲ１におけるプリアライメントの終了後、このプリアライメントの結果（ΔＸ、ΔＹ，θA）に基づいて、修正すべきＸ軸方向に関する位置ずれ量については、Ｘ駆動機構５２の駆動によりキャンセルされ、回転量θAについては、ターンテーブルＴＴの回転によりキャンセルされる。
【０１０７】
続いて、主制御装置２０の指示の下、ターンテーブルＴＴからロードスライダＲＳにウエハＷが受け渡される。なお、この受け渡しの際のロードスライダＲＳのＹ位置は、上述のプリアライメントの結果がウエハＷの中心位置のＹ軸方向の位置ずれ量が加味された位置となる。これにより、プリアライメントによりウエハＷのＹ軸方向の位置ずれが調整される。
【０１０８】
ロードスライダＲＳをウエハＷを保持したまま＋Ｙ方向に進み、第２プリアライメント系ＰＲ２の回転アーム５０にウエハＷを受け渡した後、−Ｙ側に退避する。この後、主制御装置２０の指示の下、第２プリアライメント系ＰＲ２におけるプリアライメントが行われる。このプリアライメントでは、図５（Ｃ）に示される２つのＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂ，４０ＣにおいてそれぞれウエハＷのエッジ（このうちＣＣＤカメラ４０Ａ，４０Ｂでは、ウエハＷのオリフラ部分のエッジ）位置が検出され、このエッジ位置によりウエハＷの中心の位置ずれ、及び回転量が改めて検出される。このときの回転量は、回転アーム５０の回転によりキャンセルされる。
【０１０９】
この第２プリアライメント系ＰＲ２によるプリアライメント終了後には、ウエハステージＷＳＴに対するウエハＷのロードが行われる。具体的には、ウエハステージＷＳＴが、回転アーム５０の下方に移動し、ウエハステージＷＳＴの中央部に設けられた上下動可能な不図示のセンタテーブルが上昇するとともに、回転アーム５０が下降して、ウエハＷが回転アーム５０からセンタテーブルに受け渡される。そして、ウエハを保持するセンタテーブルが下降して、ウエハＷがウエハステージＷＳＴ上にロードされる。なお、このとき、ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置は、第２プリアライメント系ＰＲ２におけるプリアライメントにおいて検出されたウエハＷのＸＹ平面内のずれ量を考慮した位置となっている。
【０１１０】
その後、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴは、アライメント検出系ＡＳの下方に移動し、ウエハＷに対するサーチアライメントが実行される。このとき、前述の第２プリアライメント系ＰＲ２におけるプリアライメントによりウエハＷの位置及び回転量が精度良く調整されているため、アライメント検出系ＡＳが、その検出視野内に、ウエハＷ上のサーチアライメントマークを捉えることができるようになる。このサーチアライメントに関しては、例えば特開平２−２７２３０５号公報及びこれに対応する米国特許第５，１５１，７５０号などに詳細に開示されている方法と同様な方法が用いられるので、詳細な説明を省略する。このサーチアライメントマークの検出結果から、ウエハＷのＸＹ位置及び回転量が検出される。そして、そのサーチアライメントの結果を用いて、ウエハＷのショット領域に付設されたウエハアライメントマークをアライメント検出系ＡＳによって検出し、ウエハアライメントを行う。このウエハアライメントについては、例えば特開昭６１−４４４２９号公報及び対応する米国特許第４，７８０，６１７号などに開示されているので、詳細な説明を省略する。
【０１１１】
そして、このウエハアライメント終了後、ステップ・アンド・スキャン方式により、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲ上の回路パターンが転写される。すべてのショット領域に対するパターンの転写が完了すると、ウエハステージＷＳＴから不図示のウエハアンローダにより、ウエハＷがアンロードされる。
【０１１２】
新たなウエハＷを露光する場合には、改めて上述した動作と同様に、そのウエハＷに対し第１プリアライメント系ＰＲ１におけるプリアライメント→ロードスライダＲＳによる搬送→第２プリアライメント系ＰＲ２におけるプリアライメントが実行され、ウエハステージＷＳＴにウエハＷがロードされる。第１プリアライメント系ＰＲ１におけるプリアライメントでは、図６〜図１０に示されるフローチャートに従って、プリアライメント処理を実行する。なお、このとき、上記式（１）、式（２）におけるウエハ半径ＲD、センサ中心Ｌｃ、Ｒｃは、過去のウエハＷでのプリアライメントのときに算出された値を用いるものとする。
【０１１３】
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、ターンテーブルＴＴが回転保持機構に対応し、ラインセンサ２１、２２が、外縁検出装置に対応し、主制御装置２０が、制御装置、算出装置及び較正装置に対応する。すなわち、図６〜図１０に示される処理のうち、サブルーチン４０３、サブルーチン４０５の処理が第４工程に対応し、ステップ４０７〜ステップ４３３の処理が第３工程に対応する。第１プリアライメント系ＰＲ１及び主制御装置２０とで、位置検出装置を構成している。
【０１１４】
以上詳細に述べたように、本第１の実施形態によれば、ターンテーブルＴＴに保持されたウエハＷを回転させた状態で、ウエハＷの外縁部を検出するラインセンサを少なくとも２つ備えている（ラインセンサ２１、２２）。このようにすれば、ラインセンサが１つだけである場合に比べて、ウエハＷのエッジ位置の情報量を増やすことができるので、ウエハＷの輪郭に関する情報の検出精度を高めることができる。そのため、ウエハＷの位置情報を精度良く検出することができる。
【０１１５】
なお、本第１の実施形態では、ウエハの外縁を検出するセンサをラインセンサ２１、２２としたが、センサは３つ以上あっても良い。センサを３つ備えた場合については後述する。また、ウエハの外縁を検出するセンサは、１次元ＣＣＤカメラには限られず、他の種類のセンサであっても良い。
【０１１６】
また、本第１の実施形態では、ターンテーブルＴＴの回転軸を回転させる回転量を、２７０°とし、３６０°よりも小さくしている。このようにすれば、ウエハＷのエッジの検出に要する時間を短くすることができるので、スループット的に有利となる。しかしながら、スループット的に支障がなければ、回転量を３６０°以上として、ウエハＷの輪郭に関する情報量をさらに増やし、検出精度を高めるようにしてもよい。なお、本第１の実施形態ではラインセンサ２１、２２の間隔を９０°としたが、この間隔はこれには限られず、０°以外であれば何度であってもよい。また、本第１の実施形態では、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転方向を時計回りとしたが、反時計回りであってもよい。
【０１１７】
また、本第１の実施形態では、ターンテーブルＴＴ回転中でのエンコーダ２５の検出結果とラインセンサ２１、２２の検出結果との関係に基づいて、そのラインセンサ２１，２２の較正情報（センサ中心Ｌｃ，Ｒｃ等の変化量ｄＬｃ，ｄＲｃ）を算出する。ラインセンサ２１，２２は、主制御装置２０による較正情報の算出結果を考慮して、ウエハＷの位置情報を算出する。このようにすれば、例えば、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心と、ラインセンサ２１，２２とのセンサ中心との経時変化や、個々のウエハの半径の違いなどに左右されることなく、ウエハＷの輪郭に関する情報を精度良く算出することが可能となる。
【０１１８】
また、本第１の実施形態では、主制御装置２０は、エンコーダ２５の検出結果とラインセンサ２１、２２の検出結果との関係を、正弦関数で関数フィッティングし、その関数におけるラインセンサ２１、２２の検出結果のオフセット成分をセンサ中心（Ｌｃ，Ｒｃ）として算出し、そのセンサ中心（Ｌｃ，Ｒｃ）の変化量（ｄＬｃ，ｄＲｃ）を較正情報として算出する。このようにすれば、ラインセンサ２１、２２のセンサ中心を、関数フィッティングという統計的手法を用いて、精度良く算出することができる。
【０１１９】
また、本第１の実施形態では、主制御装置２０は、ラインセンサ２１、２２のセンサ中心Ｌｃ、Ｒｃの変化量ｄＬｃ，ｄＲｃに応じて得られるウエハＷの半径ＲDの変化量を、較正情報としてさらに算出している。このようにすれば、ウエハＷ毎の半径の変化によらず、ウエハＷの輪郭に関する情報を精度良く算出することができる。
【０１２０】
また、本第１の実施形態では、主制御装置２０は、ラインセンサ２１、２２のセンサ中心Ｌｃ、Ｒｃの変化量ｄＬｃ、ｄＲｃの和の絶対値が所定の閾値ＳＨを超えた場合に、ウエハＷの位置情報の算出に用いる較正情報を更新する。このようにすれば、２つのセンサの出力の経時的な変化などを総合的に判断して、較正情報が変化したことを精度良く検出することができる。
【０１２１】
また、本第１の実施形態では、検出されたウエハＷの位置情報に基づいて、ターンテーブルＴＴ、Ｘ駆動機構５１、ロードスライダＲＳの動作により、ウエハＷの位置を調整する。このようにすれば、続いて行われる第２プリアライメント系ＰＲ２におけるプリアライメントを精度良く実行することができる。
【０１２２】
また、本第１の実施形態では、このように位置が精度良く調整されたウエハＷに対し露光を行うので、高精度な露光を実現することができる。
【０１２３】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１４〜図２１に基づいて説明する。この第２の実施形態では、上記第１の実施形態との重複説明を避けるため、上記第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。
【０１２４】
上記第１の実施形態で説明したように、露光装置１００の第１プリアライメント系ＰＲ１においては、ターンテーブルＴＴの回転軸はＸ軸のみ可動（すなわち１軸のみ可動）であり、ラインセンサを２つ備えていれば、それらのセンサ中心及び回転軸の回転中心を求めることが可能であったが、本第２の実施形態の露光装置１００の第１プリアライメント系ＰＲ１では、ターンテーブルＴＴが、Ｘ軸だけでなくＹ軸にも可動（すなわち２軸方向に可動）に設定されている。このようにすれば、ターンテーブルＴＴの位置の調整だけで、ウエハＷのＸ軸及びＹ軸方向の位置ずれを調整することができるようになる。本第２の実施形態では、そのような構成を有する第１プリアライメント系ＰＲ１を備える露光装置において、特に有用な方法について説明する。
【０１２５】
図１４には、本発明の第２の実施形態でのラインセンサの配置を示す模式図が示されている。図１４に示されるように、本第２の実施形態では、３つのラインセンサ２１’、２２’、２３’が備えられている。ラインセンサ２１’は、ターンテーブルＴＴの＋Ｘ側に設けられており、ラインセンサ２２’は、ターンテーブルＴＴの−Ｙ側に設けられており、ラインセンサ２３’は、ターンテーブルＴＴから見て、約８時半の方向に設けられている。図１４では、ターンテーブルＴＴが、ラインセンサ２１’〜２３’の配置により規定されるＸＹ座標系の原点上にないのは、本第２の実施形態では、ターンテーブルＴＴがＸＹに可動であり、その回転中心が、ＸＹ座標系の原点と必ずしも一致しないことを示している。
【０１２６】
本第２の実施形態では、この３つのラインセンサ２１’、２２’、２３’を用いて、上記第１の実施形態とは異なる方法でプリアライメントを行うことができる。例えば、３つのラインセンサ２１’〜２３’の出力それぞれの平均を、センサ中心と仮定して、それらの出力の較正を行うことも可能である。
【０１２７】
図１５には、本第２の実施形態におけるプリアライメント動作を行う際の主制御装置２０のアルゴリズムを示すフローチャートが示されている。図１５に示されるように、まず、ステップ４０１’において、エンコーダ２５の出力データα［ｉ］、ラインセンサ２１’、２２’、２３’の出力データＤ１［ｉ］、Ｄ２［ｉ］、Ｄ３［ｉ］を、不図示の記憶装置からメインメモリに読み込む。なお、本第２の実施形態では、上記第１の実施形態でと異なり、ターンテーブルＴＴを１回転（３６０°）回転させたときのデータが得られているものとする。
【０１２８】
次のラインセンサ２１’の較正情報を算出するサブルーチン４０３’では、図１６に示されるように、まず、ステップ５０１’において、サンプリングデータ（α［ｉ］，Ｄ１［ｉ］）を、次式を用いて、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心を原点とする極座標系（円座標系）であるＲθ座標系に変換する。上記第１の実施形態では、ラインセンサ２１’の検出視野の長手方向が、ターンテーブルＴＴの回転軸の回転中心に向いていない場合のｄα［ｉ］の補正を行ったが、ここではその補正を行うことなく、そのまま、極座標データ（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）に変換する。
【０１２９】
上記第１の実施形態において説明したように、ウエハＷの中心と、ターンテーブルＴＴの回転中心が一致する場合には、ウエハＷが偏心していないので、ターンテーブルＴＴの回転中、ラインセンサ２１’の出力は、ほぼ一定であると考えられるが、ウエハＷの中心とターンテーブルＴＴの回転中心とが一致しておらず、ウエハＷが偏心している場合には、図１８に示されるように、ラインセンサ２１’の出力は変動し、その波形は正弦波となる。そこで、次のステップ５０３’では、（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）を用いて三角関数近似を行う。具体的には、上記第１の実施形態と同様に、上記式（１２）の正弦関数を三角関数の加法定理によって変形し、ｎ点のデータ（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）を連立させることにより得られる上記式（１３）（マトリクス式）を、最小二乗法を用いて解けば、三角関数の各係数の値が得られる。なお、ここで求められた三角関数は、オリフラ部分に対応するデータを含むデータから導き出されたものである。
【０１３０】
ところで、ウエハＷのオリフラ部分により、細かく見ていくと、実際には、ラインセンサ２１’の出力は完全な正弦波とはならず、図１８のＡ部に示されるようにオリフラ部分に対応する波形が出現する。これが、上記ステップ５０３’で近似された三角関数の誤差の要因となる。そこで、次のステップ５０５’では、上記ステップ５０３’で得られた近似正弦関数に対する（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）の残差の絶対値｜ｄＣｅｎ［ｉ］｜を算出し、ステップ５０７’では、残差の絶対値｜ｄＣｅｎ［ｉ］｜が最大となった（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）を選択し、この点を、オリフラ部分の中央、仮オリフラ中心ＯＦC’ （ＸOFC’，ＹOFC’）として仮定する。そして、ステップ５０９’では、その仮オリフラ中心ＯＦC’（ＸOFC’，ＹOFC’）から、所定範囲（例えば、仮オリフラ中心から設計上のオリフラ長に若干の余裕（オリフラ部分が完全に含まれる程度の余裕）をもたせた距離）内にある（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）を除去する。
【０１３１】
次のステップ５０９’では、オリフラ部分が三角関数（Ｒ＝Ａ・ｓｉｎθ＋Ｂ・ｃｏｓθ＋Ｃ）のピークにかかっていないか否かを判断する。この判断は、最大値及びそのときの回転量、最小値及びそのときの回転量を求め、その前後の所定の角度の範囲内に仮オリフラ中心ＯＦC’ （ＸOFC’，ＹOFC’）が含まれているか否かで行われる。
【０１３２】
ここで、まず、残差の絶対値｜ｄＣｅｎ［ｉ］｜が最大であったｉに対応する回転量θ［ｉ］をθM［ｒａｄ］とすると、このθM［ｒａｄ］±ΔθCの範囲を、オリフラ部分の範囲として考えることができる。このΔθCは、ウエハＷの中心からオリフラ中心までの距離と、オリフラ長とで求まる設計上の角度に、若干の余裕（マージン）を持たせた回転量とするのが望ましい。そして、ここでは、求められた近似式Ｒから、その最大値とそのときの回転量（（ＭＡＸ＿Ｒ＿ＯＦ，ＭＡＸ＿θ＿ＯＦ）とする）と、その最小値とそのときの回転量（（ｍｉｎ＿Ｒ＿ＯＦ，ｍｉｎ＿θ＿ＯＦ）とする）とを求め、ＭＡＸ＿θ＿ＯＦ及びｍｉｎ＿θ＿ＯＦのいずれか一方が、θM［ｒａｄ］−ΔθC以上θM［ｒａｄ］＋ΔθC以下の範囲内にあるか否かを検出することで、上記判断がなされる。
【０１３３】
この判断が肯定されればステップ５１１’→ステップ５１３’へ進み、否定されれば、ステップ５１７’→ステップ５１９’へ進む。まず、ステップ５１１’→ステップ５１３’の処理、すなわちオリフラ部分が正弦関数の最大値、最小値を求めるための範囲内に含まれていなかった場合の処理について説明する。
【０１３４】
（１）オリフラ部分が、正弦関数の最大値、最小値を求めるための範囲内に含まれていなかった場合の処理
この場合、正弦関数の最大値、最小値に対応するウエハＷのエッジは、図１９に斜線で示される範囲内にあるといえる。図２０（Ａ）には、この場合でのラインセンサの出力の一例が示されている。この場合にはステップ５１１’において、Ｒ［ｉ］の最大値、最小値を中心として所定回転量の範囲内にあるデータを用いて、例えば２次関数近似を行い、その２次関数の最大値、最小値の平均を、ラインセンサ２１’のセンサ中心として算出する。
【０１３５】
具体的な算出方法について説明する。例えば、ｘi＝θ［ｉ］、ｙi＝Ｒ［ｉ］とし、近似する２次関数をｙi＝ａｘi2＋ｂｘi＋ｃとする。ここで、所定回転量の範囲内にあるデータ（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）がｎ個あるものとすると、次式が得られる。
【０１３６】
【数２９】
2005333116.tif 000031
上記式（２９）は、次式のようにまとめられる。
【０１３７】
【数３０】
2005333116.tif 000032
求める解Ｍは、最小二乗法を用いて次式で求まる。
【０１３８】
【数３１】
2005333116.tif 000033
ここで、Ａtは、行列Ａの転置行列をあらわす。従って、θの各成分より、この関数の最小値（又は最小値）は、以下のようになる。
【０１３９】
【数３２】
2005333116.tif 000034
次のステップ５１３’では、求めた最大値及び最小値の平均を、ラインセンサ２１’のセンサ中心（これを、Ｃｅｎｔｅｒ［１］とする）として算出する。ステップ５１３’終了後は、サブルーチン４０３’を終了し、次のサブルーチン４０５’に進む。
【０１４０】
（２）オリフラ部分が、正弦関数の最大値、最小値を求めるための範囲内に含まれていた場合の処理
一方、この場合には、図２０（Ｂ）に示されるような波形となり、ステップ５０９’で判断が肯定された後に行われるステップ５１７’では、上述したステップ５１１’、５１３’の処理で、センサ中心を求めることができないので、最大値及び最小値でオリフラ部分が計測範囲に含まれていない方の値を、上記ステップ５１１’と同様にして、２次関数近似により求める。次に、ステップ５１９’において、近似により求められた最大値又は最小値を、仮センサ中心として設定する。ステップ５１９’実行後は、サブルーチン４０３’を終了し、次のサブルーチン４０５’に進む。
【０１４１】
次のサブルーチン４０５’は、ラインセンサ２２’の較正処理を行うサブルーチンであるが、この処理は、上述したサブルーチン４０３’と同じ処理であるので詳細な説明を省略する。すなわち、ここでは、ラインセンサ２１’のセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［１］が求められたのと同様にして、最終的に、ラインセンサ２２’のセンサ中心としてＣｅｎｔｅｒ［２］が得られる。サブルーチン４０５’終了後は、サブルーチン４０７’に進む。サブルーチン４０７’は、ラインセンサ２３’の較正処理を行うサブルーチンであるが、この処理は、上述したサブルーチン４０３’と同じ処理であるので詳細な説明を省略する。すなわち、ここでは、ラインセンサ２１’のセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［１］が求められたのと同様にして、最終的に、ラインセンサ２３’のセンサ中心としてＣｅｎｔｅｒ［３］が得られる。サブルーチン４０７’終了後は、サブルーチン４０９’に進む。
【０１４２】
サブルーチン４０９’では、回転中心を算出する。図１７に示されるように、まず、ステップ６０１’において、３つのラインセンサ２１’、２２’、２３’のセンサ中心を次式を用いてＸＹ座標系の位置座標（これらを（Ｘ1，Ｙ1）、（Ｘ2，Ｙ2）、（Ｘ3，Ｙ3）とする）に変換する。
【０１４３】
【数３３】
2005333116.tif 000035
ここで、ＤＥＦ＿Ｃｅｎｔｅｒ［１］、ＤＥＦ＿Ｃｅｎｔｅｒ［２］、ＤＥＦ＿Ｃｅｎｔｅｒ［３］は、Ｃｅｎｔｅｒ［１］、Ｃｅｎｔｅｒ［２］、Ｃｅｎｔｅｒ［３］のデフォルト値である。
【０１４４】
上述のようにして、ラインセンサ２１’〜２３’のセンサ中心のＸＹ座標が求められたが、図２１に示されるように、これら３つのセンサ中心を通る円の中心が回転中心であると考えられる。そこで、次のステップ６０３’では、この３点のセンサ中心によって決まる円の中心座標を、回転中心として求める。この求め方は、上記第１の実施形態で説明した方法と同じであるので、詳細な説明を省略する。この回転中心を（ＸD，ＹD）とし、この中心からラインセンサの中心までの距離をｒ［ｍｍ］とする。ここで、正弦関数の最大値、最小値を求めるための範囲内にオリフラ部分がかかっていない場合には、このｒがウエハＷの半径ＲDとなる。
【０１４５】
次のステップ６０５’では、オリフラ部分が最大値、最小値を求めるための範囲内に含まれているか否かを判断する。この判断は、図１６のステップ５０９’で行われた判断と同じであるので、その判断の結果に従うことになる。この判断が肯定されれば、ステップ６０７’に進み、否定されればサブルーチン４０９’を終了する。ステップ６０７’では、上記ステップ６０３’で求められた回転中心（ＸD，ＹD）を用いて、次式により、ラインセンサ２１’のセンサ中心を修正する。
【０１４６】
【数３４】
2005333116.tif 000036
ここで、ウエハ半径ＲDは、設計値とすることができる。これにより、オリフラ部分が、正弦関数の最大値又は最小値を求めるための範囲内に含まれていた場合であっても、ラインセンサ２１’のセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［ｉ］を求めることができる。なお、ここでは、３つのラインセンサ２１’〜２３’のうち、１つのラインセンサのセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［ｉ］だけ既知となっていれば良いので、このステップ６０７’では、ラインセンサ２１’のセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［ｉ］の位置座標を修正しているが、ラインセンサ２２’、２３’のセンサ中心のいずれか一方の位置座標を修正するようになっていてもよい。
【０１４７】
次のステップ４１１’では、上記第１の実施形態の図７のステップ５０１と同様にして、（α［ｉ］，θ［ｉ］）を、（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）に変換する。このとき、上記式（１）等を用いた上記第１の実施形態と同様なｄα［ｉ］の補正もあわせて行う。この補正では、上記式（１）、式（２）におけるＬｃにＣｅｎｔｅｒ［１］〜Ｃｅｎｔｅｒ［３］のいずれかを代入する。次のステップ４１３’では、上記ステップ５０３（図７参照）と同様にして、（Ｒ［ｉ］，θ［ｉ］）をＸＹ座標系の位置座標（Ｘ［ｉ］，Ｙ［ｉ］）に変換する。次のステップ４１５’では、上記サブルーチン４０３’のステップ５０７’（図１５参照）で導出したオリフラ中心から求められたオリフラ部分に対応するデータを、オリフラ部分のデータとして抽出する。これにより、ウエハＷの輪郭データが、円弧データとオリフラデータとに分離されたことになる。
【０１４８】
次のステップ４１７’では、上記第１の実施形態のステップ４１３（図６参照）と同様にして、ウエハＷの中心の位置座標及び半径を算出する。ここで、ウエハＷの中心の位置座標をＣL（ＸCL，ＹCL）とし、半径をｒとする。
【０１４９】
次のステップ４１９’では、上記ステップ４１７’で求めたウエハＷの中心の位置座標と、オリフラデータとを用いて、オリフラ中心の位置座標を求める。ここでは、まず、オリフラ部分をＸ、Ｙ平面内の直線で近似する。この直線式の求め方は、基本的に上記第１の実施形態のステップ４３３（図６参照）と同様であるが、オリフラ部分が、Ｙ軸よりもむしろＸ軸に沿ったものであれば、その直線式を、ｙ＝ａｘ＋ｂというように設定し、Ｘ軸よりもむしろＹ軸に沿ったものであれば、その直線式を、ｘ＝ｃｙ＋ｄというように設定すればよい。そして、近似された直線式の傾き、切片より、ウエハＷの中心ＣL（ＸCL，ＹCL）から、その直線に下ろした垂線とその直線との交点をオリフラ中心の位置座標ＯＦCとして求める。そして、ステップ４２１’では、上記ステップ４３１、４３３（図６参照）と同様にして、そのオリフラ中心の位置座標ＯＦCを基準として、距離Ｌ１，Ｌ２の範囲内（すなわち第２プリアライメント系ＰＲ２にあるＣＣＤカメラ４０Ａ、４０Ｂの撮像視野ＶＡ、ＶＢに対応する範囲内）にあるオリフラデータを抽出し、抽出されたオリフラデータに基づいて回転量θAを算出する。ステップ４２１’終了後は、処理を終了する。
【０１５０】
以上詳細に述べたように、本第２の実施形態によれば、プリアライメントを行う際のラインセンサを３つ備えている。このようにすれば、ターンテーブルＴＴが、Ｘ軸だけでなくＹ軸にも可動（すなわち２軸方向に可動）であり、ウエハＷを投入する度に回転中心のＸＹ位置座標が異なるものであっても、その回転中心を精度良く求め、ウエハＷの位置ずれを精度良く求めることができるようになる。
【０１５１】
また、本第２の実施形態によれば、ウエハＷには、その外周の一部にオリフラ部分が設けられているので、主制御装置２０では、エンコーダの検出結果α［ｉ］とラインセンサ２１’〜２３’の検出結果Ｄ１［ｉ］，Ｄ２［ｉ］，Ｄ３［ｉ］との関係を、関数フィッティングし、その関数に対するラインセンサ２１’〜２３’の検出結果Ｄ１［ｉ］〜Ｄ３［ｉ］の残差に応じてその検出結果からオリフラ部分に対応するデータを除き、残りの検出結果に基づいて、ラインセンサ２１’〜２３’のセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［１］〜Ｃｅｎｔｅｒ［３］を算出する。このようにすれば、ウエハＷの輪郭データから、オリフラ部分に対応するデータを統計的手法を用いて精度良く取り除くことができるので、その残りの検出結果、すなわちウエハＷの円弧データを精度良く抽出することができる。そのため、その円弧データからラインセンサ２１’〜２３’のセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［１］〜Ｃｅｎｔｅｒ［３］を精度良く算出することができる。
【０１５２】
また、本第２の実施形態によれば、ウエハＷのオリフラ部分に対応する部分が、三角関数の最大値及び最小値を算出するための範囲に含まれない場合には、その最大値と最小値の平均をラインセンサ２１’〜２３’のセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［１］〜Ｃｅｎｔｅｒ［３］とし、オリフラ部分に対応するデータが、三角関数の最大値又は最小値を算出するための範囲に含まれる場合には、最大値と最小値のうち、当該部分に対応しない方をラインセンサ２１’〜２３’の仮にセンサ中心Ｃｅｎｔｅｒ［１］〜Ｃｅｎｔｅｒ［３］とする。このようにしても、ウエハＷの中心を検出することは可能である。
【０１５３】
なお、ラインセンサを４つ以上備えている場合でも、本第２の実施形態のようなプリアライメントを行うことができるのは勿論である。
【０１５４】
なお、上記各実施形態では、ウエハＷの輪郭データからウエハ中心を求める方法として、上述した以外の算出方法を用いることができる。以下では、その算出方法の一例について説明する。
【０１５５】
まず、円弧データ（ＬＣ＿ｄａｔａ及びＲＣ＿ｄａｔａ）からランダムに３点Ａ（ＸA，ＹA）、Ｂ（ＸB，ＹB）、Ｃ（ＸC，ＹC）を選び出す。そして、線分ＡＢにおける垂直二等分線ＬABを次式により求める。
【０１５６】
【数３５】
2005333116.tif 000037
さらに、線分ＢＣにおける垂直二等分線ＬBCを次式により求める。
【０１５７】
【数３６】
2005333116.tif 000038
次に、線分ＡＢ、線分ＢＣの交点Ｃを求める。なお、線分ＡＢの式をＬAB：ｙ＝ｍｘ＋ｎとし、線分ＢＣの式をＬBC：ｙ＝ｐｘ＋ｑとしたとき、交点Ｃの座標は次式のようになる。
【０１５８】
【数３７】
2005333116.tif 000039
ここでは、円弧データから３点の組合せを所定回数（例えば５００回程度）抽出して、上記式（３６）〜式（３８）を計算し、各回の算出結果、すなわち交点Ｃの位置座標の平均を、ウエハ中心の座標とすることができる。
【０１５９】
なお、上記各実施形態のような露光装置１００は、通常、工場内で単独で稼動しているものではなく他の露光装置とともに稼動しており、同一のウエハＷに対し、異なる露光装置で各層の露光を行っているのが一般的である。この場合、露光装置１００では、第２プリアライメント系ＰＲ２において図５（Ｃ）に示されるようなオリフラ中心ＯＦcから距離Ｌ１〜距離Ｌ２の範囲内にあるオリフラデータを用いて、ウエハＷの回転量を算出したが、工場内の露光装置の中には、露光装置１００とは異なり、例えばオリフラ中心付近のウエハＷのエッジの傾きに基づいてウエハＷの回転量を算出しているものもある。
【０１６０】
このようにプリアライメントの形式が異なる露光装置間で同一のウエハＷの重ね合わせ露光を行う場合には、このプリアライメントの違いによる誤差を考慮する必要がある。そこで、この誤差を検出するため、第１プリアライメント系ＰＲ１におけるプリアライメントにおいて、上記誤差を検出するようにしてもよい。以下、この誤差の検出方法の一例について説明する。なお、ここでは、露光装置１００とは異なる露光装置では、プリアライメントの際に、オリフラ中心付近のオリフラデータを用いてウエハＷの回転量を算出するものとして説明する。
【０１６１】
この方法では、図６のステップ４３１において、図５（Ｃ）に示されるオリフラ中心ＯＦC付近のオリフラデータも合わせて抽出しておく。そして、例えば図６のステップ４３１を実行した後、又はステップ４３３を実行した後、この抽出されたオリフラ中心付近のオリフラデータを用いて、ステップ４３３と同じように、ウエハＷの回転量（これを回転量θBとする）を算出し、回転量θAと回転量θBとの差を算出しておく。この差が上述のプリアライメントの違いにより発生する重ね合わせ誤差となる。したがって、露光装置１００において、サーチアライメントを行う場合、前層の露光をプリアライメントの形式が異なる露光装置で行っていた場合には、この回転量θAと回転量θBとの差を考慮して、前述した第２プリアライメント系ＰＲ２の計測結果（ウエハの偏心，回転の検出結果）に反映させるように構成し、サーチアライメントが正しくできる（サーチアライメント系の計測視野内にウエハ上のサーチアライメント計測用マークが入る）ようにすれば良い。
【０１６２】
なお、上記各実施形態では、ターンテーブルＴＴは、Ｘ駆動機構５２によるＸ位置だけ調整可能であるものとしたが、Ｙ位置が調整可能であっても良く、ＸＹ位置は固定であってもよい。この場合には、ロードスライダＲＳのウエハＷ受け渡し位置のＸＹ位置を調整可能としても良い。
【０１６３】
また、上記各実施形態は、オリエンテーションフラットが形成されたウエハＷについてのものであったが、ノッチ付きのウエハに対しても本発明を適用することができることはいうまでもない。
【０１６４】
なお、複数のレンズから構成される投影光学系ＰＬを露光装置本体に組み込み、その後、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴ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１００を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１６５】
また、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が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ことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明を好適に適用することができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置における露光にも本発明を好適に適用することができる。また、ウエハステージを２基備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。また、液浸法を用いる露光装置にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【０１６６】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。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。
【０１６７】
また、上記各実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザ光源に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光源、Ｆ2レーザ光源などのパルスレーザ光源や、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、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。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
【０１６８】
また、上記各実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられる。
【０１６９】
また、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。なお、電子線露光装置は、ペンシルビーム方式、可変成形ビーム方式、セルプロジェクション方式、ブランキング・アパーチャ・アレイ方式、及びマスク投影方式のいずれであっても良い。例えば、電子線を用いる露光装置では、電磁レンズを備えた光学系が用いられる。
【０１７０】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
以上述べたように、本発明の位置検出装置及び方法は、略円板状の物体の位置情報の検出に適しており、本発明の位置調整装置及び方法は、略円板状の物体の位置の調整に適しており、本発明の露光装置及び方法は、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】
【０１７２】
【図１】本発明の第１の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】図１の露光装置の上面図である。
【図３】図３（Ａ）は、ウエハＷの中心が、ターンテーブルの回転軸の回転中心と一致していたときのラインセンサの出力の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は、ウエハＷの中心が、ターンテーブルの回転軸の回転中心とずれていたときのラインセンサの出力の一例を示す図である。
【図４】第１プリアライメント系における制御系を示す制御ブロック図である。
【図５】図５（Ａ）は、ウエハＷがターンテーブルに載置された直後の図であり、図５（Ｂ）は、ターンテーブルＴＴの回転によりラインセンサ２１、２２によって検出されたデータの一例を示す図であり、図５（Ｃ）は、第２プリアライメント系におけるプリアライメントを示す図である。
【図６】第１プリアライメント系におけるプリアライメント動作を行う際の主制御装置のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】図６のサブルーチン４０３の処理を示すフローチャートである。
【図８】図６のサブルーチン４０５の処理を示すフローチャートである。
【図９】図６のサブルーチン４１１の処理を示すフローチャートである。
【図１０】図６のサブルーチン４２１の処理を示すフローチャートである。
【図１１】Ｒθ座標系へのデータ変換を説明するための図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、ウエハの中心がターンテーブルの回転軸の回転中心と一致している場合を示す図であり、図１２（Ｂ）は、ウエハの中心とターンテーブルの回転軸の回転中心とがずれている場合を示す図であり、図１２（Ｃ）は、ターンテーブルの回転軸の回転中心とラインセンサの中心との距離がウエハの半径と異なっている場合を示す図である。
【図１３】オリフラ中心の算出方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態のラインセンサの配置を説明するための図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態の第１プリアライメント系におけるプリアライメント動作を行う際の主制御装置のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１６】サブルーチン４０３’の処理を示すフローチャートである。
【図１７】サブルーチン４０９’の処理を示すフローチャートである。
【図１８】ラインセンサの出力を説明するための図である。
【図１９】オリフラ部分が、正弦関数の最大値、最小値を求めるための範囲内に含まれていなかった場合を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）は、オリフラ部分が、正弦関数の最大値、最小値を求めるための範囲内に含まれていなかった場合の波形を示す図であり、図２０（Ｂ）は、オリフラ部分が、正弦関数の最大値、最小値を求めるための範囲内に含まれていた場合の波形を示す図である。
【図２１】３つのラインセンサのセンサ中心と、ターンテーブルの回転中心との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１７３】
２０…主制御装置（制御装置、算出装置、較正装置、転写装置）、２１，２２，２１’，２２’，２３’…ラインセンサ（外縁検出装置）、５２…Ｘ駆動機構（駆動機構）、１００…露光装置、ＰＲ１…第１プリアライメント系（位置検出装置の一部）、ＰＲ２…第２プリアライメント系、ＲＳ…ロードスライダ、ＴＴ…ターンテーブル（回転保持機構）、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＳＴ…ウエハステージ（ステージ）。
【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】
2005333116.tif 000049
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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