(57)【要約】【課題】  検出条件等が異なっても位置検出を精度良く行うことができる位置検出用マークを提供する。【解決手段】  基板Ｐ上に設けられ、基板ＰのＸ軸方向における位置検出に用いられる位置検出用マークＡＭは、Ｘ軸方向において第１の幅Ｗ１を有する第１領域１と、第１領域１と異なる位置に配置され、Ｘ軸方向において第１の幅Ｗ１とは異なる第２の幅Ｗ２を有する第２領域２とを有し、第１領域１は、Ｘ軸方向における第１の幅Ｗ１がＹ軸方向に連続する第１区間Ｌ１を有し、第２領域２は、Ｘ軸方向における第２の幅Ｗ２がＹ軸方向に連続する第２区間Ｌ２を有し、第１区間Ｌ１のＸ軸方向における中心の位置情報の値と第２区間Ｌ２のＸ軸方向における中心の位置情報の値とのそれぞれは設計値上で同じ値に設定されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に設けられ、該物体の第１の方向における位置検出に用いられる位置検出用マークにおいて、
前記第１の方向において第１の幅を有する第１領域と、
前記第１領域と異なる位置に配置され、前記第１の方向において前記第１の幅とは異なる第２の幅を有する第２領域とを有し、
前記第１領域は、前記第１の方向における前記第１の幅が前記第１の方向と直交する第２の方向に連続する第１区間を有し、
前記第２領域は、前記第１の方向における前記第２の幅が前記第２の方向に連続する第２区間を有し、
前記第１区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値と前記第２区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値とのそれぞれは設計値上で同じ値に設定されていることを特徴とする位置検出用マーク。
【請求項２】
前記第２領域は、前記第２の方向において前記第１領域と異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の位置検出用マーク。
【請求項３】
物体上に形成されたマークを検出して、前記マーク又は前記物体の位置情報を求める位置計測方法において、
前記物体上には請求項１又は請求項２記載の位置検出用マークが形成されており、
前記マークの前記第１領域及び前記第２領域のうちの少なくとも一方の前記第１の方向における位置情報を検出することにより、前記マーク又は前記物体の前記第１の方向における位置情報を求めることを特徴とする位置計測方法。
【請求項４】
物体上に形成されたマークを評価するマーク評価方法において、
前記マークは、第１の方向において第１の幅を有する第１領域と、前記第１の方向において前記第１の幅とは異なる第２の幅を有する第２領域とを有するマークであり、前記第１領域は、前記第１の方向における前記第１の幅が前記第１の方向と直交する第２の方向に連続する第１区間を有し、前記第２領域は、前記第１の方向における前記第２の幅が前記第２の方向に連続する第２区間を有しており、
前記第１区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値と前記第２区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値とのそれぞれは設計値上で同じ値に設定されており、
前記転写されたマークの前記第１及び第２領域の前記第１及び第２の幅のそれぞれを検出し、該検出結果を、前記第１及び第２の幅の設計値上の値を基準として評価することを特徴とするマーク評価方法。
【請求項５】
前記物体は複数の区画領域を備えた基板であり、
前記複数の区画領域のそれぞれに、互いに異なるフォーカス状態で前記マークを転写し、前記区画領域のそれぞれに転写した前記マークのそれぞれの前記第１及び第２の幅を検出し、前記評価することを特徴とする請求項４記載のマーク評価方法。
【請求項６】
第１の方向に走査する複数の走査線を有する撮像素子を用いて物体上に形成されたマークを撮像するマーク検出方法において、
前記複数の走査線のうち第１の走査線より得られた撮像信号を第１の処理アルゴリズムで処理する第１工程と、
前記複数の走査線のうち、前記第１の走査線とは異なる第２の走査線より得られた撮像信号を、前記第１の処理アルゴリズムとは異なる第２の処理アルゴリズムで処理する第２工程とを有することを特徴とするマーク検出方法。
【請求項７】
前記第１工程で得られた処理結果及び前記第２工程で得られた処理結果のうちの少なくとも一方の処理結果を用いて、前記マークの前記第１の方向における位置情報を求めることを特徴とする請求項６記載のマーク検出方法。
【請求項８】
前記第１工程で得られた処理結果及び前記第２工程で得られた処理結果のうちの少なくとも一方の処理結果に基づいて、前記物体の前記マークが設けられている被検出面の法線方向において前記マーク又は物体が位置合わせされるべき位置情報を求めることを特徴とする請求項６又は７記載のマーク検出方法。
【請求項９】
前記マークは、前記第１の方向において第１の幅を有する第１領域と、前記第１の方向において前記第１の幅とは異なる第２の幅を有する第２領域とを有し、
前記第１工程では、前記マークの前記第１領域を前記第１の走査線で走査し、
前記第２工程では、前記マークの前記第２領域を前記第２の走査線で走査することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項記載のマーク検出方法。
【請求項１０】
物体の被検出面上に形成されたマークを検出するマーク検出方法において、
前記マークは、第１の方向において第１の幅を有する第１領域と、前記第１の方向において前記第１の幅とは異なる第２の幅を有する第２領域とを有し、
前記第１領域を光電検出し、該検出結果に基づいて、前記マーク又は物体の前記被検出面の面方向における位置情報を求め、
前記第２領域を光電検出し、該検出結果に基づいて、前記被検出面の法線方向において前記マーク又は物体が位置合わせされるべき位置情報を求めることを特徴とするマーク検出方法。
【請求項１１】
前記第１領域の第１の幅は、前記第２領域の第２の幅より小さく設定されていることを特徴とする請求項１０記載のマーク検出方法。
【請求項１２】
物体上に形成されたマークを検出するマーク検出方法において、
前記マークは、前記第１の方向において第１の幅を有する第１領域と、前記第１の方向において前記第１の幅とは異なる第２の幅を有する第２領域とを有し、
前記第１領域と前記第２領域との中から、マーク検出の対象とすべき領域を、所定条件に基づいて選択することを特徴とするマーク検出方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２領域のうち選択した領域のマーク検出結果に基づいて、前記物体の前記マークが設けられている被検出面の面方向における前記マーク又は物体の位置情報、及び前記被検出面の法線方向において前記マーク又は物体が位置合わせされるべき位置情報を求めることを特徴とする請求項１２記載のマーク検出方法。
【請求項１４】
前記マークの前記第１及び第２領域に対する検出動作を複数の検出条件のもとでそれぞれ行い、
前記複数の検出動作による前記第１及び第２領域についての検出結果のそれぞれの基準値に対する誤差情報を求め、該誤差情報に基づいて前記選択することを特徴とする請求項１２又は１３記載のマーク検出方法。
【請求項１５】
前記所定条件は、前記物体に対して施されるプロセス条件、前記マークを光電検出する検出装置に固有の検出特性に関する条件、及び前記マークの設計値に関する条件のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項記載のマーク検出方法。
【請求項１６】
前記マークの前記第１領域は、前記第１の方向における前記第１の幅が前記第１の方向と直交する第２の方向に連続する第１区間を有し、前記マークの前記第２領域は、前記第１の方向における前記第２の幅が前記第２の方向に連続する第２区間を有しており、且つ前記第１区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値と前記第２区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値とのそれぞれは設計値上で同じ値に設定されていることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか一項記載のマーク検出方法。
【請求項１７】
マスク上に形成されたパターンを、位置検出用マークが形成された物体上に露光する露光方法において、
請求項６〜請求項１６のいずれか一項記載のマーク検出方法を用いて前記マークを検出するマーク検出工程と、
前記マーク検出工程の検出結果に基づいて前記マスクと前記物体とを位置合わせするアライメント工程と、
前記マスクと前記物体とを位置合わせした後、前記露光する露光工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の露光方法を用いて、マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１９】
第１の方向に走査する複数の走査線を有する撮像素子を備え、物体上に形成されたマークを撮像するマーク検出装置において、
前記複数の走査線のうち第１の走査線より得られた前記マークの第１領域に対応する撮像信号を、第１の処理アルゴリズムで処理する第１処理手段と、
前記複数の走査線のうち、前記第１の走査線とは異なる第２の走査線より得られた前記マークの、前記第１の方向において前記第１領域とは異なる線幅を持つ第２領域に対応する撮像信号を、前記第１の処理アルゴリズムとは異なる第２の処理アルゴリズムで処理する第２処理手段とを有することを特徴とするマーク検出装置。
【請求項２０】
物体の被検出面上に形成されたマークを検出するマーク検出装置において、
前記マークのうち第１の方向において第１の幅を有する第１領域及び前記第１の幅とは異なる第２の幅を有する第２領域のそれぞれを検出する第１の検出領域及び第２の検出領域を備えた検出部と、
前記第１及び第２の検出領域のそれぞれの検出結果のうちのいずれか一方を選択し、該選択した一方の検出結果に基づいて前記被検出面の面方向における前記マーク又は物体の位置情報を求め、他方の検出結果に基づいて前記被検出面の法線方向において前記マーク又は物体が位置合わせされるべき位置情報を求める処理部とを有することを特徴とするマーク検出装置。
【請求項２１】
物体上に形成されたマークを検出するマーク検出装置において、
前記マークのうち第１の方向において第１の幅を有する第１領域及び前記第１の幅とは異なる第２の幅を有する第２領域のそれぞれを検出する第１の検出領域及び第２の検出領域を備えた検出部と、
前記第１領域と前記第２領域との中から、マーク検出の対象とすべき領域を、所定条件に基づいて選択する制御装置とを有することを特徴とするマーク検出装置。
【請求項２２】
前記所定条件は、前記物体に対して施されるプロセスに関する条件、前記マークを光電検出する検出装置に固有の検出特性に関する条件、及び前記マークの設計値に関する条件のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２１記載のマーク検出装置。
【請求項２３】
前記マークの前記第１領域は、前記第１の方向における前記第１の幅が前記第１の方向と直交する第２の方向に連続する第１区間を有し、前記マークの前記第２領域は、前記第１の方向における前記第２の幅が前記第２の方向に連続する第２区間を有しており、且つ前記第１区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値と前記第２区間の前記第１の方向における中心の位置情報の値とのそれぞれは設計値上で同じ値に設定されていることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか一項記載のマーク検出装置。
【請求項２４】
マスク上に形成されたパターンを、位置検出用マークが形成された物体上に露光する露光装置において、
請求項１９〜請求項２３のいずれか一項記載のマーク検出装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２５】
請求項１又は請求項２記載の位置検出用マークを備えたレチクル。
【請求項２６】
請求項１又は請求項２記載の位置検出用マークを備えた感光性基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置検出に用いられる位置検出用マーク及びそれを備えたレチクル又は感光性基板、位置検出方法、マーク評価方法、及びマーク検出方法とマーク検出装置、並びに露光方法と露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子等のマイクロデバイスは、成膜処理工程、露光処理工程、エッチング処理工程等の各工程を複数回繰り返し、基板上に複数のパターンを積層することで製造されるが、露光処理においては、マスクに形成されているパターンをフォトレジストが塗布された基板（ウエハ）上に転写する露光装置が用いられる。露光装置は、マスクを支持して２次元移動するマスクステージと基板を支持して２次元移動する基板ステージとを有し、マスクのパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら基板に転写するものである。ここで、露光処理においては、既に基板に形成されているパターンに対して次に積層すべきパターンの像を精度良く重ね合わせる必要があるため、基板上のショット領域と次層のパターンを有するマスクとの二次元方向の位置合わせをする処理であるアライメント処理が行われる。アライメント処理では一般にアライメントマーク（位置検出用マーク）が用いられる。下記特許文献１にはアライメントマークを用いたアライメント処理に関する技術の一例が開示されている。特許文献１に記載されているアライメントマークは同じ線幅を有するマークを所定方向に複数並べたライン・アンド・スペース型マークである。このアライメントマークを用いた位置検出では前記所定方向に走査する撮像素子の走査線より得られた撮像信号を積算しこれより得られる一次元データに基づいて前記所定方向における位置検出が行われる。また、下記特許文献２には段差形状のアライメントマークが記載されている。また、下記特許文献３、４には楔形のアライメントマークが記載されている。
【特許文献１】特開平７−３２１０３０号公報
【特許文献２】特開平１０−２８９８４２号公報（特許第２９５０２８３号公報）
【特許文献３】特開平６−２１６００４号公報
【特許文献４】特開平９−８２６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来技術には以下に述べる問題が存在する。
基板上のアライメントマークはマスクに形成されているマークを転写することで形成されるが、基板上のアライメントマークをアライメント装置の撮像素子で撮像する際、種々の条件の違いにより得られるマーク像（撮像信号）が異なる現象が生じる場合がある。具体的には、例えば、図２５（ａ）に示すライン・アンド・スペース型のマーク３００を検出するために撮像素子の走査線をＸ軸方向に走査した際、図２５（ｂ）に示すように１つのラインに対応して１つのピーク値を有する信号波形（以下、適宜「シングル波形」と称する）が出力される場合と、図２５（ｃ）に示すように１つのラインに対して２つのピーク値を有する信号波形（以下、適宜「ダブル波形」と称する）が出力される場合とがある。このような現象（同一のアライメントマークに関してシングル波形とダブル波形とが得られる現象）は、アライメント装置のアライメント光学系のレンズ特性（収差、ＮＡ、及び光学倍率等）やマークを撮像する撮像素子特性（解像度、電気ノイズ特性等）などアライメント装置に固有の検出特性に関する条件、使用されるフォトレジストの種類（色、光反射率等）や基板に施されるプロセス条件などといった条件の違いにより生じる。得られた信号波形を演算処理することでマーク位置検出が行われるが、マーク検出した際に例えばシングル波形が得られるべきものがダブル波形が得られてしまうと最適な処理アルゴリズムで演算処理できないため、マーク位置検出を精度良く行うことができなくなる。
【０００４】
一方、アライメントマークの線幅を十分に細くすることにより上記条件（装置に固有の検出特性に関する条件やプロセス条件）が異なってもシングル波形のみが出力される傾向にあるため、アライメントマークの線幅を十分に細く設定することでダブル波形を出力させないことは可能であるが、アライメント装置の撮像素子の解像度が前記線幅に対して十分な解像度を有していない場合にはマーク検出できないという不都合が生じる。また、アライメント光学系のフォーカス位置がアライメントマークに対して僅かにずれただけでも細い線幅のアライメントマークでは検出不可能となる場合がある。したがって、従来では、上記条件に応じて予め最適に設定された線幅を有するアライメントマークを有するマスクが製造され、このアライメントマークが基板に転写されていた。そして、例えばマスクを製造した後に基板に塗布するフォトレジストの種類を変更したことによりシングル波形が得られるべきものがダブル波形が得られてしまう状況が発生したり、線幅が細すぎてマーク検出できない状況が発生した場合には、アライメントマークの線幅を変更してマスクを新たに製造し直すといったことが行われていた。この場合、作業性低下やコスト上昇を招くといった不都合が生じる。
【０００５】
また、従来において、マスクに設けられた互いに異なる線幅を有する複数のパターンのそれぞれを基板に転写することでこのパターンを基板上に形成し、ＳＥＭ等のパターン形状計測装置を用いて基板上に形成されたパターン形状を計測し、露光装置のパターン転写精度を評価する作業が行われている。この作業では、基板を順次ステップ移動しながら基板上の複数のショット領域のそれぞれに異なる線幅のパターンを順次転写し、これら複数のパターンのそれぞれを形状計測することが行われている。しかしながら、この場合、基板を支持する基板ステージを移動しつつパターン転写する構成であるため、ステージ移動誤差がパターン線幅の変化に影響を及ぼすおそれがある。つまり、パターン形状計測装置で種々の線幅のパターンを計測した際にあるパターンの線幅が設計値と異なっていると、例えば投影光学系の光学特性に原因があるのかステージ移動精度に原因があるのかを判断することができなかった。更に、従来では、基板を移動しつつ複数のショット領域に対して異なる線幅のパターンをそれぞれ転写する構成であるため作業効率が低かった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、アライメント装置に固有の検出特性に関する条件やプロセス条件などが異なっても位置検出を精度良く行うことができる位置検出用マーク及び位置検出方法を提供することを第１の目的とする。また、露光装置のパターン転写精度の評価を効率良くしかも精度良く行うことができるマーク評価方法を提供することを第２の目的とする。更に、アライメント装置に固有の検出特性に関する条件やプロセス条件などが異なってもマーク検出を精度良く行うことができるマーク検出方法及びマーク検出装置を提供することを第３の目的とする。また、上記検出方法及び装置により精度良いアライメント処理を実行でき、精度良い露光処理を行うことができる露光方法及び露光装置を提供することを第４の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図２４に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の位置検出用マーク（ＡＭ）は、物体（Ｐ）上に設けられ、該物体（Ｐ）の第１の方向（Ｘ）における位置検出に用いられる位置検出用マークにおいて、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）を有する第１領域（１）と、第１領域（１）と異なる位置に配置され、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）とは異なる第２の幅（Ｗ２）を有する第２領域（２）とを有し、第１領域（１）は、第１の方向（Ｘ）における第１の幅（Ｗ１）が第１の方向（Ｘ）と直交する第２の方向（Ｙ）に連続する第１区間（Ｌ１）を有し、第２領域（２）は、第１の方向（Ｘ）における第２の幅（Ｗ２）が第２の方向（Ｙ）に連続する第２区間（Ｌ２）を有し、第１区間（Ｌ１）の第１の方向（Ｘ）における中心の位置情報の値と第２区間（Ｌ２）の第１の方向（Ｘ）における中心の位置情報の値とのそれぞれは設計値上で同じ値に設定されていることを特徴とする。
本発明の位置計測方法は、物体（Ｐ）上に形成されたマーク（ＡＭ）を検出して、マーク（ＡＭ）又は物体（Ｐ）の位置情報を求める位置計測方法において、物体（Ｐ）上には上記記載の位置検出用マーク（ＡＭ）が形成されており、マーク（ＡＭ）の第１領域（１）及び第２領域（２）のうちの少なくとも一方の第１の方向（Ｘ）における位置情報を検出することにより、マーク（ＡＭ）又は物体（Ｐ）の第１の方向（Ｘ）における位置情報を求めることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、位置検出用マークは設計値上での互いの中心の位置情報の値が同じである第１の幅を有する第１領域と第２の幅を有する第２領域とのそれぞれを有しているので、すなわち互いの線幅中心が一致している複数の領域を有するマークであるので、アライメント処理の際には、マークを検出する際の種々の条件に応じて、第１領域及び第２領域のいずれかを選択してマーク検出することにより、例えばマスクを製造し直すことなく所望の状態のマーク像（シングル波形かダブル波形か）を得ることができ、この所望の状態のマーク像に基づいて精度良いアライメント処理を行うことができる。この場合、第１領域と第２領域との互いの線幅中心は一致しており、第１、第２領域それぞれの線幅中心の位置情報は同一であるので、第１、第２領域のいずれの領域を用いても同じ位置検出結果を得ることができる。すなわち、第１、第２領域の互いの線幅中心は一致しているので、いずれの領域を位置検出に用いた場合にも、位置検出用マークの位置に関する情報は変更されていないため、同じ位置検出結果を得ることができる。
【０００９】
本発明のマーク評価方法は、物体（Ｐ）上に形成されたマーク（ＡＭ）を評価するマーク評価方法において、マーク（ＡＭ）は、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）を有する第１領域（１）と、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）とは異なる第２の幅（Ｗ２）を有する第２領域（２）とを有するマーク（ＡＭ）であり、第１領域（１）は、第１の方向（Ｘ）における第１の幅（Ｗ１）が第１の方向（Ｘ）と直交する第２の方向（Ｙ）に連続する第１区間（Ｌ１）を有し、第２領域（２）は、第１の方向（Ｘ）における第２の幅（Ｗ２）が第２の方向（Ｙ）に連続する第２区間（Ｌ２）を有しており、第１区間（Ｌ１）の第１の方向（Ｘ）における中心の位置情報の値と第２区間（Ｌ２）の第１の方向（Ｘ）における中心の位置情報の値とのそれぞれは設計値上で同じ値に設定されており、転写されたマーク（ＡＭ）の第１及び第２領域（１、２）の第１及び第２の幅（Ｗ１、Ｗ２）のそれぞれを検出し、該検出結果を、第１及び第２の幅（Ｗ１、Ｗ２）の設計値上の値を基準として評価することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、マークが第１の幅を有する第１領域と第２の幅を有する第２領域とのそれぞれを有しているので、例えば、マスクのパターンを基板に転写し、ＳＥＭ等のパターン形状計測装置を用いて露光装置のパターン転写精度を評価する際、１回の転写動作で複数の線幅を有するマークを基板上に転写できるので、従来のように、例えば基板ステージの移動精度の影響を受けずに投影光学系のパターン転写精度を良好に評価することできる。そして、転写されたマークの幅の検出結果を設計値上の値を基準として評価することで、投影光学系のパターン転写精度を把握できる。
【００１１】
本発明のマーク検出方法は、第１の方向（Ｘ）に走査する複数の走査線を有する撮像素子（２０）を用いて物体（Ｐ）上に形成されたマーク（ＡＭ）を撮像するマーク検出方法において、複数の走査線のうち第１の走査線（ＳＬＡ）より得られた撮像信号を第１の処理アルゴリズムで処理する第１工程と、複数の走査線のうち、第１の走査線（ＳＬＡ）とは異なる第２の走査線（ＳＬＢ）より得られた撮像信号を、第１の処理アルゴリズムとは異なる第２の処理アルゴリズムで処理する第２工程とを有することを特徴とする。
本発明のマーク検出装置は、第１の方向（Ｘ）に走査する複数の走査線を有する撮像素子（２０）を備え、物体（Ｐ）上に形成されたマーク（ＡＭ）を撮像するマーク検出装置（１０）において、複数の走査線のうち第１の走査線（ＳＬＡ）より得られたマーク（ＡＭ）の第１領域（１）に対応する撮像信号を、第１の処理アルゴリズムで処理する第１処理手段（ＣＯＮＴ）と、複数の走査線のうち、第１の走査線（ＳＬＡ）とは異なる第２の走査線（ＳＬＢ）より得られたマーク（ＡＭ）の、第１の方向（Ｘ）において第１領域（１）とは異なる線幅を持つ第２領域（２）に対応する撮像信号を、第１の処理アルゴリズムとは異なる第２の処理アルゴリズムで処理する第２処理手段（ＣＯＮＴ）とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、第１、第２の走査線のそれぞれで得られた撮像信号をそれぞれ異なる第１、第２の処理アルゴリズムで処理するようにしたので、第１、第２の走査線に基づく撮像信号に応じた最適な処理アルゴリズムで撮像信号を処理することができる。また、第１の走査線に基づく撮像信号の第１の処理アルゴリズムによる処理結果、及び第２の走査線に基づく撮像信号の第２の処理アルゴリズムによる処理結果のそれぞれに基づいて、例えばこれら２つの処理結果の平均値を用いてマークの位置情報を求めることにより、マーク検出を精度良く行うことができる。
【００１３】
本発明のマーク検出方法は、物体（Ｐ）の被検出面上に形成されたマーク（ＡＭ）を検出するマーク検出方法において、マーク（ＡＭ）は、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）を有する第１領域（１）と、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）とは異なる第２の幅（Ｗ２）を有する第２領域（２）とを有し、第１領域（１）を光電検出し、該検出結果に基づいて、マーク（ＡＭ）又は物体（Ｐ）の被検出面の面方向（ＸＹ方向）における位置情報を求め、第２領域（２）を光電検出し、該検出結果に基づいて、被検出面の法線方向（Ｚ方向）においてマーク（ＡＭ）又は物体（Ｐ）が位置合わせされるべき位置情報を求めることを特徴とする。
本発明のマーク検出装置（１０）は、物体（Ｐ）の被検出面上に形成されたマーク（ＡＭ）を検出するマーク検出装置において、マーク（ＡＭ）のうち第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）を有する第１領域（１）及び第１の幅（Ｗ１）とは異なる第２の幅（Ｗ２）を有する第２領域（２）のそれぞれを検出する第１の検出領域（１２Ａ）及び第２の検出領域（１２Ｂ）を備えた検出部（２０）と、第１及び第２の検出領域（１２Ａ、１２Ｂ）のそれぞれの検出結果のうちのいずれか一方を選択し、該選択した一方の検出結果に基づいて被検出面の面方向（ＸＹ方向）におけるマーク（ＡＭ）又は物体（Ｐ）の位置情報を求め、他方の検出結果に基づいて被検出面の法線方向（Ｚ方向）においてマーク（ＡＭ）又は物体（Ｐ）が位置合わせされるべき位置情報を求める処理部（ＣＯＮＴ、２９）とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、第１の幅が第２の幅より小さい（細い）場合、マークのうち例えば第２の幅を有する第２領域を用いてアライメント光学系のフォーカス位置合わせを行い、第１の幅を有する第１領域を用いて面方向の位置情報を求めることにより、法線方向及び面方向の双方の検出精度を向上することができる。すなわち、マーク線幅が細い場合にはアライメント光学系のフォーカス位置が僅かでもずれるとマーク検出不能となるおそれがあるが、線幅が太い場合にはフォーカス位置が僅かにずれてもマーク検出可能となるので、フォーカス位置合わせには太い線幅部分を用い、面方向の位置検出には、シングル波形が出力されて精度良い位置検出ができる細い線幅部分を用いるようにすることにより、物体の被検出面の面方向及び法線方向の双方の位置情報を精度良く検出することができる。
【００１５】
本発明のマーク検出方法は、物体（Ｐ）上に形成されたマーク（ＡＭ）を検出するマーク検出方法において、マーク（ＡＭ）は、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）を有する第１領域（１）と、第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）とは異なる第２の幅（Ｗ２）を有する第２領域（２）とを有し、第１領域（１）と第２領域（２）との中から、マーク検出の対象とすべき領域を、所定条件に基づいて選択することを特徴とする。
本発明のマーク検出装置（１０）は、物体（Ｐ）上に形成されたマーク（ＡＭ）を検出するマーク検出装置において、マーク（ＡＭ）のうち第１の方向（Ｘ）において第１の幅（Ｗ１）を有する第１領域（１）及び第１の幅（Ｗ１）とは異なる第２の幅（Ｗ２）を有する第２領域（２）のそれぞれを検出する第１の検出領域（１２Ａ）及び第２の検出領域（１２Ｂ）を備えた検出部（２０）と、第１領域（１）と第２領域（２）との中から、マーク検出の対象とすべき領域を、所定条件に基づいて選択する制御装置（ＣＯＮＴ）とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、検出部の一部を構成する例えば撮像素子の解像度に応じて第１、第２領域のうち幅の太いほうの領域を選択したり、あるいは用いる処理アルゴリズムに応じてシングル波形あるいはダブル波形のいずれかが得られるように第１、第２領域のいずれかを選択することで、精度良いマーク検出を行うことができる。
【００１７】
本発明の露光方法は、マスク（Ｍ）上に形成されたパターンを、位置検出用マーク（ＡＭ）が形成された物体（Ｐ）上に露光する露光方法において、上記記載のマーク検出方法を用いてマーク（ＡＭ）を検出するマーク検出工程と、マーク検出工程の検出結果に基づいてマスク（Ｍ）と物体（Ｐ）とを位置合わせするアライメント工程と、マスク（Ｍ）と物体（Ｐ）とを位置合わせした後、露光する露光工程とを有することを特徴とする。
本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光方法を用いて、マスク（Ｍ）上に形成されたデバイスパターンを基板（Ｐ）上に転写する工程を含むことを特徴とする。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、マスク（Ｍ）上に形成されたパターンを、位置検出用マーク（ＡＭ）が形成された物体（Ｐ）上に露光する露光装置において、上記記載のマーク検出装置（１０）を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、上記記載の位置検出用マークを用いてアライメント処理を精度良く行った上で露光処理ができるので、良好なパターン精度を有するデバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、位置検出用マークの検出方向の線幅を非検出方向毎に異ならせることにより、基板に対するプロセス条件や検出装置の検出条件などに応じて検出の際に用いるマーク部分を適宜選択することができる。したがって、各条件に応じて精度良いマーク位置検出を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の位置検出用マーク、マーク検出装置及び露光装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、露光装置としてマスクと感光性の基板とを走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスクに形成されたパターンを基板に露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。また、本実施形態ではこの露光装置のアライメント工程に本発明の位置検出用マーク（アライメントマーク）及びマーク検出方法を適用した場合を例にして説明する。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上にレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。
【００２１】
図１は露光装置ＥＸの概略構成図である。図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、物体としての基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンを基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影露光する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴと、制御装置ＣＯＮＴに接続した記憶装置ＭＲＹとを備えている。ここで、上述したように本実施形態における露光装置ＥＸは所謂スキャニングステッパであり、以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００２２】
照明光学系ＩＬは、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明するものであり、光源、光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ＥＬによるマスクＭ上の照明領域をスリット状に設定する可変視野絞り等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ）などが用いられる。
【００２３】
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを支持するものであって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等を備えるマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。
【００２４】
投影光学系ＰＬは、複数の光学素子（レンズ）で構成されており、これら光学素子は鏡筒で支持されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは、投影倍率が例えば１／４あるいは１／５の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは光学特性（結像特性）の補正を行う結像特性制御装置ＰＬＣを有している。この結像特性制御装置ＰＬＣは、例えば投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズ群の間隔調整機構や一部のレンズ群のレンズ室内の気体圧力調整機構を有しており、これら調整を行うことにより、投影光学系ＰＬの投影倍率、歪曲収差等の光学特性の補正を行う。結像特性制御装置ＰＬＣは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。
【００２５】
基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを支持するものであって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。更に、基板ステージＰＳＴはＺ軸方向に移動可能であるとともに、θＸ、θＹ方向にも移動可能であり、支持した基板Ｐのレベリング制御を行うことができる。基板ステージＰＳＴはリニアモータ等を備える基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。
【００２６】
基板ステージＰＳＴ上には移動鏡４０が設けられている。また、移動鏡４０に対向する位置にはレーザ干渉計４１が設けられている。移動鏡４０は、Ｘ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡により構成されている。レーザ干渉計４１は、Ｘ軸に沿って移動鏡４０に測長ビームを照射するＸ軸用レーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡に測長ビーム照射するＹ軸用レーザ干渉計により構成されている。レーザ干渉計４１は移動鏡４０の反射面に向けて測長ビームを照射し、その反射光を受光して基準面に対する相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測する。また、Ｘ軸用及びＹ軸用の一方について２個のレーザ干渉計４１を並列配置することにより、これら２つの計測値の差から基板ステージＰＳＴのθＺ方向の回転角が計測される。更に、Ｘ軸用（Ｙ軸用）のレーザ干渉計４１がＺ軸方向に並ぶ２つの光軸の測長ビームを照射することにより、これら２つの計測値の差から基板ステージＰＳＴのθＹ（θＸ）方向の回転角が計測される。これらレーザ干渉計４１による基板ステージＰＳＴのＸ座標、Ｙ座標及び回転角度などの位置情報の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは位置情報をモニタしつつ基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴの位置を制御する。なお、図１には示していないが、マスクステージＭＳＴも複数のレーザ干渉計を有するシステムを備えており、マスクステージＭＳＴ（マスクＭ）のＸ座標、Ｙ座標及び回転角等の位置情報が計測され、これら計測結果は制御装置ＣＯＮＴへ出力される。
【００２７】
また、露光装置ＥＸは、基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐの表面（被露光面）のＺ軸方向における位置を計測するフォーカス位置検出系５０を備えている。フォーカス位置検出系５０は、基板Ｐの表面に対して斜め方向から複数のスリットを介してスリット光を照射する送光系５１と、基板Ｐの表面で反射した反射光をそれぞれ受光する受光系５２とを備えており、基板Ｐの表面での反射光から得られる検出信号に基づいて、投影光学系ＰＬの結像面に対する基板Ｐ表面のＺ軸方向における高さ位置を求める。フォーカス位置検出系５０の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはフォーカス位置検出系５０の検出結果に基づいて、基板Ｐ表面を投影光学系ＰＬの焦点深度内に合わせ込む焦点合わせ動作を行う。
【００２８】
露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬとは別に設置されるオフ・アクシス（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）方式のマーク検出装置の一部を構成する基板アライメント装置１０を備えている。基板アライメント装置１０は矩形状の検出領域を備えており、例えばハロゲンランプから射出される波長５５０〜７５０ｎｍ程度の広帯域光を、基板Ｐ上に設けられているアライメントマーク（位置検出用マーク）に照射し、基板Ｐの表面と共役な面に配置される指標マークの像と、検出領域内にあるアライメントマークの像とを撮像素子（ＣＣＤ）で検出する。基板Ｐ上のアライメントマークはマスクＭに形成されているマーク（本件発明のマークを含む）を投影光学系ＰＬを介して転写することで形成される。制御装置ＣＯＮＴは、基板アライメント装置１０を用いて、マスクＭのパターン像と基板Ｐのショット領域とをアライメントしてから、マスクステージＭＳＴを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な方向（本実施形態では＋Ｙ方向）に走査するとともに、これに同期して例えば逆方向（−Ｙ方向）に基板ステージＰＳＴを投影光学系ＰＬの投影倍率と同じ速度比で走査し、マスクＭのパターン像を基板Ｐ上の各ショット領域に逐次転写する。
【００２９】
マスクアライメント装置６０は、本実施形態では、マスクＭに形成されたマスクマークＲＭと、基板ステージＰＳＴ上に設けられた基準マークＦＭとを撮像方式で同時に検出する、いわゆるＴＴＭ方式（スルー・ザ・マスク方式）の画像検出光学系を用いている。マスクＭは、マスクアライメント装置６０で計測されるマスクマークＲＭの位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）に基づいて、マスクＭの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合致するようにアライメントされる。なお、マスクマークＲＭとマスクＭの中心との距離は設計上予め定まった値であり、この値を投影光学系ＰＬの縮小倍率に基づいて演算処理することにより、投影光学系ＰＬの像面側（基板側）におけるマスクマークＲＭの投影点と投影光学系ＰＬの中心との距離が算出される。この距離は、基板Ｐ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの補正値として用いられる。また、基準マークＦＭは、例えば、基板Ｐ上に形成されたアライメントマークと同等の形状に形成され、基板Ｐ表面とほぼ同じ高さとなるように、基板ステージＰＳＴ上に設けられた基準部材上に形成される。
【００３０】
次に、図２を参照しながら物体としての基板Ｐ上に設けられているアライメントマーク（位置検出用マーク）について説明する。ここで、図２に示すアライメントマークＡＭは、基板ＰのＸ軸方向（第１の方向）における位置検出に用いられるアライメントマークである。図２において、アライメントマークＡＭは、Ｘ軸方向に設計値上で等間隔に複数並んだ単位マーク７により構成されている。単位マーク７のそれぞれはＹ軸方向に延びるライン状のマークであり、図２に示す例では、単位マーク７はＸ軸方向に６つ並んで設けられている。アライメントマークＡＭを構成する単位マーク７は、Ｘ軸方向において第１の幅Ｗ１を有する第１領域１と、第１領域１と異なる位置に配置され、Ｘ軸方向において第１の幅Ｗ１とは異なる第２の幅Ｗ２を有する第２領域２とを有している。本実施形態では、幅Ｗ１は幅Ｗ２より細く設定されている。第１領域１は、幅Ｗ１がＹ軸方向（第２の方向）に連続する第１区間Ｌ１を有している。第２領域２は、幅Ｗ２がＹ軸方向に連続する第２区間Ｌ２を有している。すなわち、単位マーク７は、同じ線幅Ｗ１がＹ軸方向において第１区間Ｌ１だけ連続する第１領域１と、同じ線幅Ｗ２がＹ軸方向において第２区間Ｌ２だけ連続する第２領域２とにより構成されている。そして、第１区間Ｌ１のＸ軸方向における中心位置と、第２区間Ｌ２のＸ軸方向における中心位置とのそれぞれは、設計値上で同じ値に設定されている。すなわち、第１領域１のＸ軸方向における中心位置と第２領域２のＸ軸方向における中心位置とは統一されており、単位マーク７はＹ軸に平行な中心軸Ｏｘを基準として左右対称形状となっている。
【００３１】
以下の説明において、線幅Ｗ１が連続する第１領域１を「細線部」、線幅Ｗ１より太い線幅Ｗ２が連続する第２領域２を「太線部」と適宜称する。そして、図２に示す例では、細線部１と太線部２とはＹ軸方向において異なる位置に配置されている。すなわち、単位マーク７は１本の線上において線幅が異なる形態となっており、具体的には、太線部２は細線部１に対して−Ｙ側に設けられ、これら細線部１と太線部２とは接続している。
【００３２】
図３は、アライメントマークＡＭが設けられた基板（ウエハ）Ｐを示す図である。図３に示すように、ウエハである基板Ｐ上にはマスクＭに形成されたパターンの像が転写される区画された複数のショット領域Ｄが設定されており、各ショット領域Ｄに対応して基板Ｐ上の二次元平面内での位置計測をする際に観察される複数のアライメントマークＡＭが所定層（例えば第１層）に形成されている。アライメントマークＡＭは、Ｙ軸方向に延びる単位マーク７により構成され、基板ＰのＸ軸方向における位置を計測する際に観察されるアライメントマークＡＭｘと、Ｘ軸方向に延びる単位マーク７により構成され、基板ＰのＹ軸方向における位置を計測する際に観察されるアライメントマークＡＭｙとから構成されている。これらアライメントマークＡＭは基板Ｐ上のスクライブライン（ストリートライン）ＳＣ上に形成されている。なお、基板Ｐ上には各ショット領域Ｄに対応してサーチアライメント用のサーチマークも形成されているがここでは図示を省略している。また、各アライメントマークＡＭは、所定のショット領域Ｄの中心に対して同じ位置関係になるようにスクライブラインＳＣ内に配置されている。
【００３３】
図４（ａ）は、基板アライメント装置（マーク検出装置）１０において指標マーク１１（１１Ａ、１１Ｂ）を有する指標板（不図示）に基板Ｐ上のアライメントマークＡＭ（ＡＭｘ）の像を結像した状態を示している。ここで、アライメントマークＡＭはアライメント用検出光で照明されており、指標マーク１１はアライメント用検出光とは独立の照明光で照明されている。そして、指標板にはアライメントマークＡＭの像をＸ軸方向に挟むように２個の指標マーク１１Ａ、１１Ｂが形成され、これら指標マーク１１Ａ、１１Ｂは基板Ｐの表面と共役に配置されている。また、アライメント装置１０内には、Ｘ軸方向に対応する方向に走査する複数の走査線（例えば４０本の走査線ＳＬ１〜ＳＬ４０）を有する例えばＣＣＤ撮像素子により構成される撮像素子（検出部）２０が設けられている。撮像素子２０は、指標マーク１１Ａ、１１Ｂ及びアライメントマークＡＭを横切る方向に走査することにより、Ｘ軸方向の検出領域１２内の像を撮像する。ここでは、検出領域１２はアライメントマークＡＭ全体を検出可能である。ここで、撮像素子２０の検出領域１２は、Ｘ軸方向に対応する方向に走査する複数の走査線のうち一部の走査線（例えば４０本のうち１０本の走査線ＳＬ５〜ＳＬ１５）である第１の走査線ＳＬＡが走査する領域である第１検出領域１２Ａと、第１の走査線ＳＬＡとは別の複数の走査線（例えば走査線ＳＬ２５〜ＳＬ３５）である第２の走査線ＳＬＢが走査する領域である第２検出領域１２Ｂとを有している。そして、第１検出領域１２ＡがアライメントマークＡＭの細線部１に対応し、第２検出領域１２Ｂが太線部２に対応する。したがって、撮像素子２０は、第１の走査線ＳＬＡで細線部１を検出し、第２の走査線ＳＬＢで太線部２を検出する。
【００３４】
図４（ｂ）は第１の走査線ＳＬＡより得られた撮像信号ＳＸ１を示す模式図である。図４（ｂ）において、信号部１３が細線部１に対応し、この撮像信号（輝度データ）ＳＸ１をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換して制御装置（処理部）ＣＯＮＴにおいて所定のアルゴリズムで画像処理することにより、指標マーク１１Ａ、１１Ｂを基準とした細線部１のＸ座標が検出される。図４（ｃ）は第２の走査線ＳＬＢより得られた撮像信号（輝度データ）ＳＸ２を示す模式図である。図４（ｃ）において、信号部１４が太線部２に対応し、この撮像信号ＳＸ２をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換して制御装置ＣＯＮＴにおいて所定のアルゴリズムで画像処理することにより、指標マーク１１Ａ、１１Ｂを基準とした太線部２のＸ座標が検出される。
【００３５】
同様に、アライメント装置１０はアライメントマークＡＭｙの像を挟む基準マークを有する指標板も有しているとともに、Ｙ軸方向に走査する複数の走査線を有するＹ軸用撮像素子も有している。アライメント装置１０はＹ軸用撮像素子を用いてＹ座標検出用のアライメントマークＡＭｙも検出可能である。
【００３６】
このとき、基板アライメント装置１０は計測窓の中心で得られた信号波形を反転させる折り返し相関を行い、信号波形の対象性を計測しながらマーク検出を行う。ここで、信号波形の最も高い対象性を得られる窓位置がマーク中心位置であり、このときの基板Ｐの位置（すなわちマーク位置）はレーザ干渉計４１によりモニタされている。制御装置ＣＯＮＴは、アライメントマークＡＭを撮像したときにＸ軸用及びＹ軸用のレーザ干渉計４１が出力する基板ステージＰＳＴの計測結果に基づいて、アライメントマークＡＭのステージ座標系上での座標を求める。こうして、制御装置ＣＯＮＴは、アライメントマークＡＭｘの細線部１及び太線部２のＸ軸方向における位置情報を検出するとともに、アライメントマークＡＭｙの細線部１及び太線部２のＹ軸方向における位置情報を検出する。
【００３７】
このようなアライメントマーク像を撮像素子で撮像してアライメントマークＡＭの座標値を求める手法はＦＩＡ（Field Image Alignment）系と呼ばれ、本実施形態ではＦＩＡ系のアライメント装置１０を用いてアライメント工程を行うものとする。また、本実施形態で用いられるアライメントマークはＦＩＡ系のアライメント装置１０により検出される２次元マークである。なお、以上の説明ではアライメントマークＡＭの像が指標板上に結像するＦＩＡ系を前提として説明したが、指標板がアライメント用検出光の光路上とは別の光路上に配置され、アライメントマークＡＭの像と指標マークの像とが撮像素子上で結像する構成であっても同様である。
【００３８】
図５は、上述した撮像素子２０を有する基板アライメント装置１０を示す構成図である。基板アライメント装置１０において、光源３０は所定の広帯域波長の光束を計測ビーム（アライメント用検出光）として発する光源であり、単一光源として観察用及び合焦用（焦点合わせ）の動作に共用される。光源３０の光路上にコンデンサレンズ３３、図５中の（ａ）に示すような主開口Ｋ１を有する第１視野絞り３１（または（ｂ）に示すような副開口（スリット）Ｋ２、Ｋ３を有する第２視野絞り３２）、照明リレーレンズ３４、及びビームスプリッタ１５がこの順に配置され、照明リレーレンズ３４を介した光源３０からの計測ビームがビームスプリッタ１５において反射される方向、図５ではビームスプリッタ１５から下方に進む光路上には、第１対物レンズ１６、及び基板Ｐを支持するための基板ステージＰＳＴが配置されている。第１視野絞り３１及び第２視野絞り３２は不図示の駆動機構により光路に対して進退可能に設けられており、第１、第２視野絞り３１、３２のいずれか一方が光路上に配置される。
【００３９】
基板Ｐの表面は基準面としての第１の面Ｆ１に一致するように置かれ、このとき基板Ｐの表面（基準面Ｆ１）は、視野絞り３１（３２）と共役の位置にある。基板Ｐ上にはアライメントマークＡＭが形成されている。以下においては、基準面（予定焦点面）Ｆ１と基板Ｐの表面とが合致しているものとして説明する。
【００４０】
第１視野絞り３１の主開口Ｋ１は略正方形に形成され、第１視野絞り３１の中央部に配置されており、その中心がコンデンサレンズ３３から照明リレーレンズ３４の光軸とほぼ一致するように光路中に挿入されている。第２視野絞り３２の副開口Ｋ２、Ｋ３は細長い矩形スリットに形成されている。第２視野絞り３２が光路上に配置された際の副開口Ｋ２、Ｋ３の長手方向の辺は、光路上に配置された際の第１視野絞り３１の主開口Ｋ１の対向する２つの辺に対して平行になるように設定されている。そして、主開口Ｋ１の辺、及び副開口Ｋ２、Ｋ３の長手方向と直交する方向が、後述するフォーカスの計測方向となる。以下の説明中では、副開口Ｋ２、Ｋ３の長手方向を「非計測方向」と呼ぶ。又、フォーカスの計測方向は、種々の方向に設定することが可能であるが本実施形態では被検基板面のパターンの基準線の方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に合わせている。
【００４１】
次に、第１対物レンズ１６の光軸に沿って、ビームスプリッタ１５の反射面を透過する方向、図では上方向への光路上には、第２対物レンズ１８が配置され、次いで遮光板２１が、第１の面（基準面）Ｆ１にある基板Ｐの表面と共役な位置（第２の面）Ｆ２に配置され、第１のリレーレンズ２２と続き、入射光束を複数の光束に分割する光束分割部材である瞳分割用反射型プリズム２３（本実施形態では２本の光束に分割）が光源３０と共役な位置又はその近傍に配置される。
【００４２】
ここで瞳分割用反射型プリズム２３は、２面が１８０度に近い鈍角で山型に形成されたプリズムの、その２面を反射面に仕上げた光学部材である。本実施形態では、前記２面の交線（山の稜線）が第１リレーレンズ２２の光軸と交差し、その光軸をほぼ９０度横に振るように傾けて配置されている。
【００４３】
第１のリレーレンズ２２を介して瞳分割用反射型プリズム２３に入射した計測ビームは、ここで図中右方へ分割反射され、この右方への光路上には、瞳分割用反射型プリズム２３に続いて第２のリレーレンズ２４、円柱光学系である円柱レンズ（シリンドリカルレンズ）２５、及びＡＦセンサ２６が順次配置される。
【００４４】
ここで円柱光学系とは、前後の面が、互いに平行な母線を有する円柱面であるレンズである。前後の面の一方が平面であってもよい。この場合、具体的には円柱面の母線と直角の方向には屈折力があるが母線方向の屈折力はゼロである。本実施形態では、円柱レンズ２５はその母線が本合焦光学系の計測方向にほぼ一致するように配置される。またここでは、円柱光学系は、直交する２方向で屈折力（度）が異なるレンズ、トーリックレンズを含む概念とする。
【００４５】
ＡＦセンサ２６は、第２の面Ｆ２と共役又はその近傍の位置にある第１の撮像面Ｖ１の位置に配置され、その撮像面上に結像される像の位置関係を検出して合焦（オートフォーカス（ＡＦ））用信号を発信する。また、第１の面Ｆ１と第２の面Ｆ２との中間、詳しくは第２対物レンズ１８と遮光板２１との中間にビームスプリッタ１９が配置され、第１の面Ｆ１と第２の面Ｆ２とを連結する光路はビームスプリッタ１９によって反射方向、図中では左方向へ分岐され、その方向の光路上、第１の面Ｆ１と共役の位置、第２の撮像面Ｖ２に撮像素子２０が配置される。
【００４６】
基板ステージＰＳＴには既述の基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤが接続され、ＡＦセンサ２６及び撮像素子２０には信号処理装置（処理部）２９が接続されており、更に、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤ及び信号処理装置２９には既述の制御装置ＣＯＮＴが接続されている。この制御装置ＣＯＮＴには記憶装置ＭＲＹ（図１参照）が接続されており、記憶装置ＭＲＹには副開口（スリット）Ｋ２、Ｋ３の間隔とフォーカスとの関係式である下記（１）式が記憶される。
【００４７】
アライメント装置１０によるアライメント処理に際しては、アライメントマークＡＭの２次元方向の位置を正確に計測することを目的として、アライメント光学系ＡＬの焦点に対して検出対象のアライメントマークＡＭを合わせ込む焦点合わせ（以下、適宜「アライメントＡＦ」と称する）が行われる。このアライメントＡＦは、アライメント光学系ＡＬ（撮像素子２０）の視野内（検出領域１２内）にアライメントマークＡＭを配置した後、このアライメントマークＡＭが形成された箇所を実際に光電検出することにより上記焦点合わせを行っている。そして、基板Ｐの表面上にスリットＫ２、Ｋ３の像を投影し、そこから反射したスリット像を瞳面の瞳分割用反射型プリズム２３で２つに分割し、結像面におけるスリット像間の距離をＡＦセンサ２６で測定することで合焦点位置に関する情報を得ている。具体的には、スリット像間の距離（以下、適宜「スリット間隔」と称する）をＸ、フォーカス（合焦位置に対する差分）をＺとすると、以下の（１）式によってスリット間隔をフォーカスに換算している。
Ｚ＝ａ×（Ｘ−Ｘ０）  …（１）
ここで、（１）式におけるＸ０は合焦位置におけるスリット間隔であり、ａはフォーカス換算のための定数である。そして、予め上記ａ、Ｘ０を係数として求めておけば、測定したスリット間隔と（１）式とを用いることで、上記焦点合わせを容易に行うことができる。
【００４８】
以下、図５を参照して上記の構成におけるアライメント装置１０の動作を説明する。まず、光源３０から射出した計測ビーム（照明光束）がコンデンサレンズ３３によって集光される。ここで、光路上には副開口（スリット）Ｋ２、Ｋ３を有する第２視野絞り３２が配置されており、計測ビームは第２視野絞り３２を均一に照明する。第２視野絞り３２の副開口Ｋ２、Ｋ３を通過した光束は、照明リレーレンズ３４によってコリメートされ、ビームスプリッタ１５でその反射方向、図中下方向へ分岐される。その分岐された光束は、第１対物レンズ１６によって集光され、基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐの表面に垂直に照射される。
【００４９】
基板Ｐの表面は第２視野絞り３２と共役な位置にあるので、副開口Ｋ２、Ｋ３の像は照明用結像光学系の照明リレーレンズ３４及び第１対物レンズ１６を介して第１の面（基準面）Ｆ１にある基板Ｐの表面に結像される。基板ステージＰＳＴには基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤが接続されて、基板ステージＰＳＴはこの基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより基板Ｐの位置の移動及び調整を行う。
【００５０】
図６（ａ）は、基板Ｐに形成されているアライメントマークＡＭに副開口Ｋ２、Ｋ３の像が結像されている状態の一例を示す図である。図６（ａ）に示すように、副開口Ｋ２を通過した光束はアライメントマークＡＭの細線部１を照射する。すなわち、副開口Ｋ２のスリット像はアライメントマークＡＭの複数の細線部１にかかるようにして配置される。一方、副開口Ｋ３のスリット像は、アライメントマークＡＭの複数の太線部２にかかるようにして配置される。
【００５１】
細線部１を用いてアライメント処理する際には、図６（ｂ）に示すように、第２視野絞り３２として、副開口Ｋ２、Ｋ３の双方のスリット像を細線部１にかかるようにする構成のものが用いられる。同様に、太線部２を用いてアライメント処理する際には、図６（ｃ）に示すように、第２視野絞り３２として、副開口Ｋ２、Ｋ３の双方のスリット像を太線部２にかかるようにする構成のものが用いられる。これにより、アライメント処理に用いる線幅部分におけるフォーカス位置を精度良く計測できる。
【００５２】
図５に戻って、基板Ｐの表面に結像された副開口Ｋ２の像からの光束をＬｐ２、副開口Ｋ３の像からの光束をＬｐ３とする。これらの光束Ｌｐ２、Ｌｐ３は第１対物レンズ１６によってコリメートされ、ビームスプリッタ１５を透過し、第２対物レンズ１８によって再び集光され、ビームスプリッタ１９によって透過及び反射分岐される。
【００５３】
反射分岐された光束の一部は撮像素子２０の面上に導かれる。一方、ビームスプリッタ１９において透過分岐された光束Ｌｐ２、Ｌｐ３は、２つの対物レンズ１６、１８の結像作用によって、基板Ｐ表面と共役またはその近傍の第２の面Ｆ２の位置に設けられた遮光板２１にＫ２、Ｋ３の像を再結像する。すなわち、遮光板２１上には、２つの対物レンズ（１６、１８）によって基板Ｐの表面上に形成された副開口Ｋ２、Ｋ３の像の中間像（空間像）が形成される。
【００５４】
図５中の（ｃ）に光軸方向から見た遮光板２１の形態を示す。遮光板２１には光軸に対して対称な位置に２個のスリット状の光束通過部Ｋ１２、Ｋ１３が副開口Ｋ２、Ｋ３に対応するように設けられており、光束Ｌｐ２、Ｌｐ３がＫ１２及びＫ１３をそれぞれ介して通過できるように構成されている。なお、遮光板２１は図５中の（ｄ）に示す形態も考えられる。
【００５５】
遮光板２１を通過した光束Ｌｐ２、Ｌｐ３は第１のリレーレンズ２２によってコリメートされた後、瞳分割用反射型プリズム２３上に光源３０の像を結像する。更に、光束Ｌｐ２、Ｌｐ３は瞳分割用反射型プリズム２３によってそれぞれ２個の光束に分割されると共に図中で右方へ反射され、第２のリレーレンズ２４により再び集光される。そして、円柱レンズ２５を介して、ＡＦセンサ２６上に光束Ｌｐ２及びＬｐ３による副開口Ｋ２及びＫ３のスリット像をそれぞれ２分割して結像する。
【００５６】
一方、第２視野絞り３２に代えて第１視野絞り３１を光路上に配置した際には、光源３０から射出され、コンデンサレンズ３３を通過した計測ビームは第１視野絞り３１を均一に照明する。第１視野絞り３１の主開口Ｋ１を通過した光束は照明リレーレンズ３４によってコリメートされ、ビームスプリッタ１５でその反射方向、図中下方向へ分岐される。その分岐された光束は、第１対物レンズ１６によって集光され、基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐの表面に垂直に照射される。
【００５７】
主開口Ｋ１の像は照明用結像光学系の照明リレーレンズ３４及び第１対物レンズ１６を介して第１の面（基準面）Ｆ１にある基板Ｐの表面に結像される。ここで、基板Ｐの表面に結像された主開口Ｋ１の像からの光束をＬｐ１とする。光束Ｌｐ１は第１対物レンズ１６によってコリメートされ、ビームスプリッタ１５を透過し、第２対物レンズ１８によって再び集光され、ビームスプリッタ１９によって透過及び反射分岐される。
【００５８】
図６（ｄ）は、基板Ｐに形成されているアライメントマークＡＭに主開口Ｋ１の像が結像されている状態を示す図である。図６（ｄ）に示すように、主開口Ｋ１を通過した光束はアライメントマークＡＭの全体を照射する。すなわち、主開口Ｋ１を通過した光の照射領域は撮像素子２０の検出領域１２に対応している。主開口Ｋ１の像はアライメントマークＡＭの全体を含むようにして配置される。
【００５９】
図５に戻って、反射分岐された光束Ｌｐ１は撮像素子２０の面上にアライメントマークＡＭの像を結像する。一方、ビームスプリッタ１９において透過分岐された光束Ｌｐ１は、２つの対物レンズ１６、１８の結像作用によって、基板Ｐ表面と共役またはその近傍の第２の面Ｆ２の位置に設けられた遮光板２１に主開口Ｋ１の像を再結像する。すなわち、遮光板２１上には、２つの対物レンズ１６、１８によって基板Ｐの表面上に形成された主開口Ｋ１の像の中間像（空間像）が形成される。光束Ｌｐ１は遮光板２１により遮光され、リレーレンズ２２（ＡＦセンサ２６）側には達しない。撮像素子２０は、図４を用いて説明したように、アライメントマークＡＭに基づく撮像信号を出力する。
【００６０】
次に、図７を参照しながら基板アライメント装置１０のアライメントＡＦを行う手順について説明する。アライメントＡＦを行う際、光路上に第２視野絞り３２が配置される。図７の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、瞳分割用反射型プリズム２３上でそれぞれ２本の光束に分割された光束Ｌｐ２及びＬｐ３のＡＦセンサ２６上での結像の合焦状態及び合焦ずれ状態を、光束Ｌｐ２を例にとって示す。
【００６１】
図７（ｂ）は基板Ｐの表面が撮像素子２０に対して合焦状態にある（すなわち対物光学系１６、１８の予定焦点面としての基準面Ｆ１と共役の位置にあるＡＦセンサ２６の表面に対しても合焦状態にある）場合の光束Ｌｐ２の結像状態を示す。分割された２光束（２分割光束）各々の結像位置中心をＰ１、Ｐ２とし、Ｐ１とＰ２との距離をｄとする。この場合Ｐ１及びＰ２は図５の光束Ｌｐ２の２分割光束による結像位置中心にそれぞれ対応する。なお説明の便宜上、計測方向において光軸からＬｐ２側への向きをＲ、Ｌｐ３側への向きをＬとする。
【００６２】
これに対して、基板Ｐの表面が合焦状態にある場合の基準面Ｆ１（合焦位置）よりも、図５中で下方、すなわち第１対物レンズ１６から遠方向にある場合は、図７（ａ）に示すように２分割光束各々の合焦点がＡＦセンサ２６の結像面よりも図中で左方寄り、すなわちリレーレンズ２４寄りの位置となるため、ＡＦセンサ２６の結像面上での結像位置中心あるいは光量中心が上に述べたＰ１、Ｐ２よりも互いに近づく方向へずれた位置Ｐ１ａ、Ｐ２ａとなる（Ｐ１ａとＰ２ａとの距離ｄａ＜ｄ）。
【００６３】
また、反対に基板Ｐの表面が合焦位置Ｆ１よりも図５中で上方、すなわち第１対物レンズ１６に近い方向にある場合は、図７（ｃ）に示すように、２分割光束による結像位置中心あるいは光量中心はＰ１、Ｐ２よりも互いに離れる方向へずれた位置Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃとなる（Ｐ１ｃとＰ２ｃとの距離ｄｃ＞ｄ）。
【００６４】
すなわち、基板ステージＰＳＴを図５中で上下方向に位置調整して基板ステージＰＳＴ上の基板Ｐの表面を法線方向に上下させることにより、２分割光束のスリット像が計測方向に関して互いに近づいたり離れたりする。そして、ＡＦセンサ２６が２分割光束の結像位置についての情報を検出し、この情報を含む信号がＡＦセンサ２６から信号処理装置２９に送られて処理され、結像位置間の距離が算出される。そして、予め記憶されているスリット間隔とフォーカスとの関係式（１）に基づいて焦点位置情報として計算されて制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴでは入力情報に基づいて基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴを上下に移動させ、図７（ｂ）の状態が得られるように調整すると、Ｋ２、Ｋ３の像がＡＦセンサ２６に対して合焦すると同時に、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭの像が撮像素子２０に対して合焦する。
【００６５】
そして、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭの像を撮像素子２０に対して合焦させたら、光路上に配置されている第２視野絞り３２が第１視野絞り３１と交換される。すると、撮像素子２０に対して合焦状態のアライメントマークＡＭの像が撮像素子２０により撮像され、図４を用いて説明した手順でマーク検出が行われる。
【００６６】
また、先の図１において、基板アライメント装置１０の投影像面側（基板Ｐ側）における光軸ＡＸａは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行に配される。したがって、基板アライメント装置１０の視野領域（照明領域）内に基板ステージＰＳＴ上の基準マークＦＭを配置してその位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測するとともに、その基準マークＦＭをマスクアライメント装置６０の視野内に配置してその位置情報を計測することにより、基板アライメント装置１０の光軸ＡＸａと投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間の距離、いわゆるベースライン量を算出することができる。このベースライン量は、基板Ｐ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの基準量となるものである。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、基板アライメント装置１０によってアライメントマークＡＭのＸ座標及びＹ座標を計測し、この計測結果にベースライン量を加算して得られる値に基づいて基板ステージＰＳＴを駆動し、基板ＰをＸ軸方向及びＹ軸方向にステッピング移動させることにより基板Ｐの各ショット領域の中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにアライメントすることができる。
【００６７】
ところで、アライメント装置１０の取り付け誤差やアライメント光学系ＡＬの収差などアライメント装置１０に固有の検出特性に起因して、マーク位置の真値に対して撮像素子２０による検出値がシフト（横ずれ）する現象が生じる場合がある。例えばアライメント装置１０の取り付け位置が所定位置（目標位置）に対してずれていると、アライメント装置１０の取り付け誤差の影響によりアライメント用検出光の通過する位置が変化し、これにより検出されるマーク像の位置がシフトする。以下の説明では、このアライメント装置に固有の検出特性に起因する真値に対するマーク検出値のシフト量（横ずれ量）を適宜、ＴＩＳ（Tool Induced Shift）と称する。
【００６８】
ＴＩＳはマーク線幅に応じて変化する。これは、太いマーク線幅に基づく検出光には低周波成分が多く、細いマーク線幅に基づく検出光には高周波成分が多い一方で、例えばアライメント装置１０のアライメント光学系ＡＬの開口数ＮＡが大きくなると検出光の高周波成分を高感度に検出しやすくなる傾向があることが一因である。したがって、開口数ＮＡの大きいアライメント光学系ＡＬを用いて細い線幅を有するマークを検出した場合には、太い線幅を有するマークを検出した場合に比べて横ずれ量が大きくなるといった現象が生じる。
【００６９】
本実施形態では、アライメントマークＡＭのうち細線部１と太線部２とのそれぞれに関してＴＩＳを求め、この求めたＴＩＳ情報に基づいて、細線部１と太線部２との中からマークの検出対象とすべき領域を選択する。すなわち、例えば細線部１に関するＴＩＳのほうが太線部２に比べて小さければ、アライメント装置１０の取り付け誤差やアライメント光学系ＡＬの光学特性等の影響を受けにくい線幅であると判断できるので、このＴＩＳの小さい線幅部分を用いてマーク位置検出を行うことにより、マーク位置検出を高精度に行うことができる。
【００７０】
図８はＴＩＳの計測手順を説明するための模式図である。
図８（ａ）に示すように、アライメント光学系ＡＬの光学特性に基づき撮像素子２０上でのアライメントマークＡＭの像の検出値が真値に対してシフト（横ずれ）する場合について考える。図８（ｂ）は、撮像素子２０により撮像されるアライメントマークＡＭの像を示す模式図である。説明を簡単にするために図８におけるアライメントマークＡＭは１つの線幅を有するマークとして図示されている。図８（ｂ）に示すように、アライメントマークＡＭを検出領域１２に配置し、検出領域１２内における基準位置（例えば検出領域１２の中心位置）Ｏに対するアライメントマークＡＭの位置を計測する。ここでは、基準位置（基準値）Ｏに対するマークＡＭの位置誤差はΔＸ１とする。次いで、図８（ｃ）に示すように、撮像素子２０と基板Ｐとを相対的に検出領域１２の基準位置Ｏまわりに１８０°回転し、基準位置Ｏに対するマークＡＭの位置を計測する。ここでは、基準位置Ｏに対するアライメントマークＡＭの位置誤差はΔＸ２とする。そして、このＴＩＳ計測動作を細線部１及び太線部２のそれぞれについて実行する。つまり、図８（ｂ）に示した第１の検出動作において、マーク位置が基準位置Ｏから−Ｘ方向にΔＸ１ずれている場合、ＴＩＳが無ければ（装置の取り付け誤差や光学系の収差等が無ければ）、基板Ｐを１８０度回転した後の状態、すなわち図８（ｃ）に示す状態においても、マーク位置は基準位置Ｏに対して＋Ｘ方向にΔＸ１ずれるはずである。しかしながら、ＴＩＳがあると（装置の取り付け誤差や光学系の収差等があると）ΔＸ１とは異なる値ΔＸ２だけずれる。したがって、ΔＸ１−ΔＸ２の値が小さければＴＩＳが小さいということであり、ΔＸ１−ΔＸ２の値が大きければＴＩＳが大きいということである。ここで、マークの細線部１及び太線部２に対するＴＩＳの検出動作を複数の検出条件（すなわち、図８（ｂ）、（ｃ）の検出条件）のもとでそれぞれ行い、これら複数の検出動作による細線部１及び太線部２についての検出結果のそれぞれの基準位置（基準値）Ｏに対する誤差情報ΔＸ１、ΔＸ２を求め、この誤差情報に基づいて、細線部１及び太線部２のうちいずれがＴＩＳが小さいかを判断し、ＴＩＳの小さい線幅部分を、マーク検出の対象とすべき領域に選択する。そして、選択した領域（線幅部分）を用いてマーク位置検出動作を行う。これにより、ＴＩＳの小さい線幅部分でマーク検出を行うことができ、精度良いマーク検出を行うことができる。
【００７１】
なお、ＴＩＳ計測動作は基板Ｐ上に形成されている複数のアライメントマークＡＭのそれぞれについて行う必要はなく、代表する１つ（あるいは複数）のアライメントマークＡＭについて行えば十分である。ＴＩＳは、アライメント装置１０に固有の検出特性に起因するものであるため、例えばロット先頭などでＴＩＳ計測動作を１回行い、細線部１及び太線部２のうちマーク検出の対象とすべき領域を決定したら、この決定した情報を記憶装置ＭＲＹ（図１参照）に記憶し、次のアライメント処理時（マーク計測時）にはＴＩＳ計測動作を行わずに、記憶装置ＭＲＹに記憶されているＴＩＳに関するデータに基づいて、マーク検出の対象とすべき領域を、細線部１及び太線部２のうちのいずれかに決定することができる。
【００７２】
一方、基板Ｐのフォトレジストの種類（色、光反射率等）などのプロセス条件によって基板Ｐの状態が変化し上記シフト（横ずれ）が生じる場合がある。以下の説明では、このウエハである基板Ｐに対するプロセス条件に起因する真値に対するマーク検出値のシフト量（横ずれ量）を適宜、ＷＩＳ（Wafer Induced Shift）と称する。ＷＩＳも、図８を用いて説明した手順と同様の手順で計測することができる。そして、この場合においても、例えばあるロットでＷＩＳ計測動作を１回行ったら、このとき使用しているフォトレジストの種類などのレジスト情報と、選択した線幅部分情報とを記憶装置ＭＲＹで記憶しておくことにより、次のロットにおいて使用するフォトレジストが同じ場合には、例えばＷＩＳ計測動作（ＴＩＳ計測動作）を行わずに、マーク検出で使用する線幅部分を設定することができる。
【００７３】
以上、各装置構成について説明した。以下では、上述したアライメントマークＡＭ及び基板アライメント装置１０を用いたマーク検出方法の種々の実施例について説明する。
【００７４】
＜実施例１＞
実施例１では、検出部としての撮像素子２０（アライメント装置１０）が、アライメントマークＡＭのうち細線部１を第１検出領域１２Ａで検出し、太線部２を第２検出領域１２Ｂで検出した場合において、制御装置ＣＯＮＴが、細線部１と太線部２との中から、マーク検出の対象とすべき領域を、所定条件に基づいて選択する場合について説明する。
上述したように、基板Ｐに対して施されるプロセス条件（フォトレジストの種類や塗布膜厚さ、乾燥条件、ＷＩＳなど）、アライメント装置１０に固有の検出特性に関する条件（撮像素子２０の解像度、電気ノイズ特性、アライメント光学系ＡＬの光学特性、ＴＩＳなど）、及びアライメントマークＡＭの設計値に関する条件といった各所定条件に応じて、制御装置ＣＯＮＴはアライメントマークＡＭの複数（２つ）の線幅Ｗ１、Ｗ２を有する細線部１、太線部２のうち、マーク検出の対象とすべき領域を選択することができる。上記条件（情報）は例えば予め実験データとして取得され、記憶装置ＭＲＹに記憶されている。例えば、上記所定条件に起因して、マーク検出信号として例えばシングル波形が得られるべきものがダブル波形が得られてしまう場合がある。しかしながら、シングル波形が得られる条件及びダブル波形が得られる条件を実験データとして予め求めておき、このデータに基づいて、マーク検出の対象とすべき領域を細線部１及び太線部２のいずれか一方から選択することにより、所望の波形状態（シングル波形かダブル波形か）を取得することができる。これにより、撮像信号を処理するアルゴリズムがシングル波形用しか用意されていない場合においても、細線部１、太線部２それぞれに基づく撮像信号のいずれか一方で所望の信号波形を得ることができ、アライメントマーク検出を精度良く行うことができる。ここで、上記所定条件にはマークの設計値に関する条件（すなわち、設計値上における細線部１、太線部２の線幅や形成位置など）などが含まれているため、制御装置ＣＯＮＴは、所望の波形状態が得られる線幅部分あるいは解像度に基づき、撮像素子が撮像する線幅部分を細線部１及び太線部２のうちから最適に選択することができる。
【００７５】
また、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭはマスクＭに形成されているマークを投影光学系ＰＬを介して転写されることで形成されるが、１つのマスクＭを複数の露光装置ＥＸで共用する場合、露光装置ＥＸのそれぞれに設けられているアライメント装置１０の撮像素子の解像度が異なっても、複数の線幅Ｗ１、Ｗ２を有していることにより、解像度に応じてアライメント処理に用いる領域を選択することにより、アライメントマーク検出を精度良く実行することができる。具体的には、例えば、安定してシングル波形を得られるプロセス条件や解像度が高い撮像素子を用いる場合には細線部１をマーク検出の対象とすべき領域として選択し、一方、解像度が十分でない撮像素子を用いる場合には、太線部２をマーク検出の対象とすべき領域として選択すればよい。
【００７６】
また、上記装置に固有の検出特性に関する条件は、予め実験的に求められている上記ＴＩＳ（あるいはＷＩＳ）に関する情報も含んでおり、このＴＩＳ情報に基づいて、細線部１及び太線部２のうちいずれか一方の領域をマーク検出の対象領域として選択することにより、ＴＩＳを低減した状態でマーク検出を精度良く行うことができる。すなわち、アライメント装置に固有の検出特性の一部であるＴＩＳに関する情報を、図８を用いて説明した手順で予め実験的に求めておき、この求めておいた情報に基づいて、よりＴＩＳが小さくなる線幅部分をマーク検出の対象とすべき領域として選択することにより、ＴＩＳを低減した状態で精度良くマーク検出することができる。
【００７７】
これにより、従来のようなアライメントマークの線幅を再設定し、マスクを製造し直すといった不都合の発生を回避することができる。そして、細線部１と太線部２との互いの線幅中心は一致しており、細線部１及び太線部２それぞれの線幅中心の位置情報は同一であるため、細線部１及び太線部２のいずれの線幅部分を用いても同じ位置検出結果を得ることができる。すなわち、細線部１及び太線部２の互いの線幅中心は一致しているので、いずれの線幅部分を位置検出に用いた場合にも、アライメントマークＡＭの位置に関する情報は変更されていないため、同じ位置検出結果を得ることができる。
【００７８】
なお、ここでは、上記所定条件を予め実験的に求め、この求めた実験データを記憶装置ＭＲＹに記憶しておき、この実験データに基づいて、マーク検出の対象とすべき領域を選択するように説明したが、上記所定条件をコンピュータ上においてシミュレーションしてもよい。すなわち、アライメント装置１０に固有の検出特性に関する条件（ＴＩＳに関する情報を含む）や基板Ｐに対して施されるプロセス条件（ＷＩＳに関する情報を含む）がモデリングされており、設計値におけるマーク線幅及びピッチ情報、あるいは使用するレジストの設計値上の反射率情報、使用するアライメント光学系の収差情報、プロセス情報等のパラメータを入力し、このパラメータに基づいてシミュレーションを行う。そして、このシミュレーション結果に基づいて、細線部１及び太線部２のうちマーク検出の対象とすべき最適な領域を選択するようにしてもよい。
【００７９】
＜実施例２＞
実施例２では、制御装置ＣＯＮＴが、撮像素子２０の複数の走査線のうち第１の走査線ＳＬＡにより得られたアライメントマークＡＭの細線部１に対応する撮像信号を、第１の処理アルゴリズムで処理する第１処理手段としての機能を有するとともに、第２の走査線ＳＬＢにより得られたアライメントマークＡＭの太線部２に対応する撮像信号を、第２の処理アルゴリズムで処理する第２処理手段としての機能を有する場合について説明する。
上記実施例１では、細線部１及び太線部２のうちマーク位置検出の対象とすべき領域をＴＩＳ計測結果などに基づいて選択する例について説明したが、例えば、撮像素子２０より得られた撮像信号に対してフィルタリングを施すことで撮像信号の信頼性を向上させ、この撮像信号を用いてマーク位置検出を行うようにしてもよい。例えば、撮像信号のうち高周波成分に位置情報が含まれ、低周波成分はノイズであると判断された場合には、得られた撮像信号に対してハイパスフィルタをかけて低周波成分をカットすることにより、撮像信号の信頼性を向上させることができる。すなわち、細線部１を走査する第１の走査線ＳＬＡ（高周波成分を多く含む）より得られた撮像信号に対しては所定のアルゴリズム（第１の処理アルゴリズム）で演算処理して位置情報を求め、一方、太線部２を走査する第２の走査線ＳＬＢ（低周波成分を多く含む）より得られた撮像信号に対してはハイパスフィルタリング処理を含むアルゴリズム（第２の処理アルゴリズム）で演算処理するといった構成とすることができる。ここで、前記判断は、予め分かっている基板Ｐに対して施されるプロセス条件、アライメント装置１０に固有の検出特性に関する条件、あるいはアライメントマークＡＭの設計値に関する条件に基づいて実行することができる。そして、マーク位置情報を求める際には、例えば第１の走査線ＳＬＡ（第１の処理アルゴリズム）に基づいて得られたＸ軸方向に関する第１の位置情報を採用して第２の走査線ＳＬＢ（第２の処理アルゴリズム）に基づいて得られた第２の位置情報は無視するといった構成も可能であるし、上記第１、第２の位置情報のそれぞれを平均化し、この平均値をアライメントマークＡＭのＸ軸方向における位置としてもよいし、あるいは、第１、第２の位置情報のうちより信頼性が高いと判断される位置情報に関して重み付けをした後、これらを平均化（重み付け平均）するようにしてもよい。
【００８０】
逆に、撮像信号のうち高周波成分に位置情報が含まれ、低周波成分はノイズであると判断された場合には、細線部１を走査する第１の走査線ＳＬＡ（高周波成分を多く含む）より得られた撮像信号に対してはローパスフィルタリング処理を含むアルゴリズムで演算処理し、後は上述した手順と同等の手順で処理すればよい。
【００８１】
同一のアライメントマークに関してシングル波形とダブル波形との双方が得られてしまう状況では、線幅が細いほうがシングル波形が得られやすい傾向にあるため、例えば十分な解像度を有する撮像素子２０を用いてマーク位置検出を行う際には、細線部１を走査する第１の走査線ＳＬＡより得られた撮像信号を所定の処理アルゴリズム（第１の処理アルゴリズム）で処理すればよい。一方、解像度が十分でない撮像素子２０を用いてマーク位置検出を行う場合などには、太線部２を用いてマーク位置検出が行われる。この場合、ダブル波形が得られるおそれがあるが、シングル波形用である第１の処理アルゴリズムに対して、ダブル波形用の第２の処理アルゴリズムを用意しておき、この第２の処理アルゴリズムを用いて太線部２を走査する第２の走査線ＳＬＢより得られた信号波形を処理することにより、マーク検出を高精度に実行することができる。また、マーク情報として予め記憶されている基準画像とアライメント装置で検出した観察画像とを比較し両者の画像の類似度を調べるパターンマッチング法（テンプレートマッチング法）によりマーク検出を行おうとする際にも、シングル波形用とダブル波形用との２種類の基準画像に基づく第１、第２の処理アルゴリズムを用意しておくことにより、いずれの信号波形が出力されても対処可能である。
【００８２】
また、アライメント処理に際しては、通常、アライメントマークの二次元方向の位置を正確に計測することを目的として図５等を用いて説明したように、アライメント装置１０におけるアライメント光学系ＡＬのフォーカス位置と検出対象であるアライメントマークとを合致させるフォーカス合わせ（アライメントＡＦ）が行われる。そして、上述した同一のアライメントマークＡＭに関してシングル波形とダブル波形とが得られる現象は、このアライメント光学系ＡＬのフォーカス変動によっても生じる場合がある。フォーカス変動とはアライメント光学系ＡＬの設計値上のフォーカス位置と真のフォーカス位置とがずれる現象である。すなわち、設計値上においては合焦状態においてシングル波形が得られるべきものが、真のフォーカス位置とずれた状態でマーク検出が行われたためにダブル波形が出力される場合がある。フォーカス変動は、例えば、基板Ｐ上に形成された複数のアライメントマークＡＭのそれぞれを検出する際に、第１のマークに対して合焦状態でマーク検出を行った後、基板Ｐを移動して第２のマーク検出を行う際、スループット向上のために第２のマーク検出を行う際にはアライメントＡＦ動作を行わずに第２のマーク検出を行う場合等に発生する。すなわち、第１のマーク検出時においては合焦状態であったものが、例えば基板Ｐが撓んでいて第２のマーク検出時にはアライメント光学系ＡＬのフォーカス位置からずれた状態で第２のマーク検出が行われてしまう状況が生じる。これにより、第２のマーク検出時にシングル波形が得られるべきものがダブル波形が得られてしまう場合がある。しかしながら、シングル波形用とダブル波形用との２つの処理アルゴリズムを用意しておくことにより対処することができ、スループット向上に寄与できる。また、フォトレジスト層の光反射率の違いによりマークの明暗が逆転するような現象も生じる場合があるが、マークの明暗が逆転する現象に対応する処理アルゴリズムを用意しておくことにより、対処可能である。
【００８３】
なお、実施例２に関しては、アライメントマークＡＭは細線部１及び太線部２を有していることに限定されず、１つの線幅を有するマーク（ライン・アンド・スペース型マーク）であっても構わない。つまり、第１の走査線ＳＬＡより得られた撮像信号を第１の処理アルゴリズムで処理し、第２の走査線ＳＬＢより得られた撮像信号を第２の処理アルゴリズムで処理する際、第１の走査線ＳＬＡで細線部１と走査し、第２の走査線ＳＬＢで太線部２を走査することに限定されず、１つ線幅を有するマークの所定領域（第１領域）を第１の走査線ＳＬＡで走査し、第１領域とは別の第２の領域を第２の走査線ＳＬＢで走査する構成であってもよい。そして、第１の走査線ＳＬＡで得られた撮像信号を例えばテンプレートマッチング法に基づく第１の処理アルゴリズムで処理し、第２の走査線ＳＬＢで得られた撮像信号を例えばエッジ計測法に基づく第２の処理アルゴリズムで処理し、これら２つの処理結果のいずれか一方をマーク位置情報と採用する構成とすることができる。もちろん、この場合も２つの処理結果の平均値をマーク位置情報として採用することもできる。
【００８４】
＜実施例３＞
実施例３では、検出部としての撮像素子２０（アライメント装置１０）が、アライメントマークＡＭのうち細線部１及び太線部２のそれぞれを検出する第１検出領域１２Ａ及び第２検出領域１２Ｂを備えているとともに、制御装置ＣＯＮＴが、第１、第２検出領域１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの検出結果のうちのいずれか一方を選択し、この選択した一方の検出結果に基づいて基板Ｐ表面の面方向であるＸＹ方向におけるアライメントマークＡＭの位置情報を求め、他方の検出結果に基づいて基板Ｐ表面の法線方向であるＺ軸方向においてアライメントマークＡＭが位置合わせされるべき位置情報を求める処理部としての機能を有する場合について説明する。
上述した実施形態では、アライメントマークＡＭを検出する際のアライメント光学系ＡＬのフォーカス位置を求めるために、図５等を用いて説明したようにスリット光を用いたアライメントＡＦが行われる構成であるが、撮像素子２０で撮像したアライメントマークＡＭの像コントラストに基づいて、アライメント光学系ＡＬのフォーカス位置を求めることができる。すなわち、アライメント光学系ＡＬに対して基板Ｐを支持した基板ステージＰＳＴをＺ軸方向に相対的に移動させ、撮像素子２０で得られたアライメントマークＡＭの像コントラストが最大となるＺ軸方向における位置をフォーカス位置とする構成も可能である。
【００８５】
そして、例えばアライメントマークＡＭを撮像素子２０を用いて光電検出し、細線部１及び太線部２のうちいずれか一方に関する撮像信号に基づいてアライメントマークＡＭのＸＹ平面における位置情報を求め、他方に関する撮像信号に基づいて、基板Ｐ表面のＺ軸方向においてアライメントマークＡＭがアライメント光学系ＡＬのフォーカス位置に対して位置合わせされるべき位置情報を求めるといった構成が可能である。ここで、細線部１に関する撮像信号に基づいてアライメントマークＡＭのＸＹ平面における位置情報を求め、太線部２に関する撮像信号に基づいてアライメントマークＡＭのＺ軸方向における位置情報を求める場合には、太線部２のほうが細線部１に比べて像コントラストを得やすいため、Ｚ軸方向における位置合わせをより高精度に行うことができる。一方、ＸＹ平面における位置合わせに関しては、細線部１の撮像信号を用いたほうがシングル波形を得やすいため、好適である。
【００８６】
また、この場合においても、細線部１に関して最大コントラストが得られるＺ軸方向における位置と、太線部２に関して最大コントラストが得られるＺ軸方向における位置との平均値を、フォーカス位置に採用してもいいし、重み付け平均値を採用してもよい。
【００８７】
＜実施例４＞
基板（ウエハ）Ｐ表面を平坦化するためにＣＭＰ（化学的機械的研磨）処理が行われることがあるが、アライメントマークＡＭの線幅が太いと、この線幅の太いアライメントマークＡＭに起因して基板Ｐの表面がＣＭＰ装置の研磨面に対して傾いて当たった状態で研磨されてしまう可能性があり、この場合研磨状態が不均一になるという不都合が生じる。更に、線幅が太いと、アライメントマークＡＭがＣＭＰ処理された際、図９（ａ）に示す模式図のように、研磨されることにより形状変化しやすくなる（型くずれを生じやすくなる）。型くずれしたアライメントマークＡＭを用いたアライメント処理では、精度良いアライメント処理を行うことができない。したがって、基板Ｐに施されるプロセス条件としてＣＭＰ処理が含まれる場合、アライメントマークの線幅は可能な限り細い方が望ましい。一方で、例えばアライメントマークの像コントラストを用いたアライメントＡＦを行う際、フォーカス位置が僅かにずれたとしてもアライメント装置１０がアライメントマークＡＭを検出できるように、すなわち、アライメント光学系ＡＬのフォーカス位置に対してロバストにアライメントマークの像形状を得ることができるために、アライメントマークＡＭの線幅は太い方が好ましい。そこで、本発明のアライメントマークＡＭのように、フォーカス合わせ用として太線部２を設けておけばこの太線部２でフォーカス合わせを行い、ＣＭＰ処理しても型くずれしにくい細線部１でマーク位置計測を行うことができる。そして、太線部２はフォーカス合わせ用として必要最低限だけ設けられていればよく、ＣＭＰ装置の研磨面に対して傾いて当たった状態で研磨されてしまうなど、ＣＭＰ処理において生じる不都合の発生を抑えつつ、精度良いマーク検出（フォーカス合わせ）を行うことができる。
【００８８】
また、プロセス条件としてＣＭＰ処理が含まれていない場合には、太線部２はＣＭＰ処理による型くずれの心配がないので、太線部２を用いてアライメント処理するといったことももちろんできる。すなわち、複数のプロセス条件について１つのマスクＭを用いる場合において、例えば第１のプロセス条件にはＣＭＰ処理が含まれ、第２のプロセス条件にはＣＭＰ処理が含まれない場合、第１のプロセス条件ではアライメント処理に細線部１を用い、第２のプロセス条件ではアライメント処理に太線部２を用いるといった構成とすることも可能である。
【００８９】
＜実施例５＞
次に、本発明の実施例５として、基板Ｐ上に形成されたマークを評価する方法について図１０を参照しながら説明する。露光装置ＥＸでは、マスクＭのパターンが基板Ｐ上に所望の精度で転写されているかどうかを評価するパターン転写精度評価作業が行われるが、実施例５として、このパターン転写精度の評価に本発明のマークを適用した例について説明する。
図１０に示すように、基板Ｐ上の区画領域（ショット領域）Ｄに、本発明に係るマークＡＭが形成される。ここで、マークＡＭはアライメントマークとしてではなく、区画領域Ｄにパターンとして形成される。そして、ＳＥＭ等のパターン形状計測装置７０により基板Ｐ上に形成されたパターン形状が計測され、この計測結果に基づいて露光装置ＥＸのパターン転写精度が評価される。複数の線幅パターン（細線部１及び太線部２）のそれぞれの形状を計測することで、露光装置ＥＸが転写可能である最も細い線幅を評価できる。ここで、区画領域Ｄには、複数の線幅パターン（細線部１及び太線部２）が１回の転写動作で基板Ｐ上に転写される。したがって、基板Ｐ上に転写されるパターンは基板ステージＰＳＴの移動誤差等の影響を受けていないので、投影光学系ＰＬのパターン転写精度を良好に評価できる。そして、転写されたパターンの線幅の検出結果を設計値上の値を基準として評価することで、投影光学系ＰＬのパターン転写精度を把握できる。また、基板ステージＰＳＴの移動を伴わないので、短時間で効率良く評価を行うことができる。
【００９０】
この場合において、基板Ｐは複数の区画領域Ｄを備えており、複数の区画領域Ｄのそれぞれに、互いに異なるフォーカス状態でマークを転写し、区画領域Ｄのそれぞれに転写したマークＡＭのそれぞれの細線部１及び太線部２の線幅を検出し、これを評価するといった構成とすることが可能である。例えば、図１０中、区画領域Ｄ１と区画領域Ｄ２とのそれぞれには、互いに異なるフォーカス状態で投影光学系ＰＬを介してマークＡＭが基板Ｐに転写されている。互いに異なるフォーカス状態で投影光学系ＰＬを介してマークを基板Ｐに転写することにより、例えば設計値上の投影光学系ＰＬのフォーカス位置に対して真のフォーカス位置を求めることができる。すなわち、設計値上の投影光学系ＰＬのフォーカス位置で基板Ｐ上に細線部１を転写し、この基板Ｐ上に形成したパターン線幅を計測した際、線幅の計測値はＷ１であるはずであるが、実際には、設計値上のフォーカス位置に対してΔＺだけずれた位置でパターン転写したときに線幅Ｗ１が得られたとする。この場合、設計値上のフォーカス位置に対してΔＺずれた位置が真のフォーカス位置であると判断することができる。
【００９１】
次に、図１１〜図１６を参照しながら本発明のアライメントマーク構造の他の実施例について説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
図１１は、３つの線幅部分を有するアライメントマークＡＭを示す図である。図１１において、アライメントマークＡＭは、Ｘ軸方向において第１の線幅Ｗ１を有する第１領域１と、第２の線幅Ｗ２を有する第２領域２と、第３の線幅Ｗ３を有する第３領域３とを有している。そして、第１領域１は第１の線幅Ｗ１がＹ軸方向に連続する第１区間Ｌ１を有し、第２領域２は第２の線幅Ｗ２がＹ軸方向に連続する第２区間Ｌ２を有し、第３領域３は第３の線幅Ｗ３がＹ軸方向に連続する第３区間Ｌ３を有している。そして、第１、第２、第３区間Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のＸ軸方向における中心位置のそれぞれは設計値上で同じ値に設定されている。このように、アライメントマークＡＭは３つ以上の複数の線幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を有する構成も可能である。そして、第１領域１は、撮像素子２０の複数の走査線のうち第１の走査線ＳＬＡが走査する第１検出領域１２Ａで検出され、第２領域２は第２の走査線ＳＬＢが走査する第２検出領域１２Ｂで検出され、第３検出領域３は第３の走査線ＳＬＣが走査する第３検出領域１２Ｃで検出される。そして、アライメントマークＡＭのＸ軸方向における位置を検出する際には、制御装置ＣＯＮＴは、撮像素子２０の撮像信号のうち、第１、第２、第３検出領域１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの検出結果に基づいて、これら各検出領域で検出したアライメントマークＡＭの各線幅部分におけるＸ軸方向における位置を求める。制御装置ＣＯＮＴは、各検出領域１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃそれぞれに基づいて求めた位置情報を統合してアライメントマークＡＭの位置情報を求める。例えば、制御装置ＣＯＮＴはこれら各線幅部分に基づく位置情報のそれぞれの平均値をアライメントマークＡＭ（基板Ｐ）のＸ軸方向における位置情報とすることもできるし、これら各位置情報の重み付け平均値をアライメントマークＡＭの位置情報とすることもできる。
【００９２】
図１２（ａ）に示すアライメントマークＡＭは、第１の線幅Ｗ１を有する第１領域１の長手方向両端（図１２中、Ｙ軸方向両端）に、第２の線幅Ｗ２を有する第２領域２がそれぞれ接続されている構成を有している。このように、１つのアライメントマークＡＭ（単位マーク７）の複数箇所に、同じ線幅Ｗ２を有する領域２が存在していてもよい。そして、図１２（ａ）中、＋Ｙ側の第２領域２Ａのマーク計測をする際に、例えばテンプレートマッチング法（第１の処理アルゴリズム）を用いて位置計測し、−Ｙ側の第２領域２Ｂのマーク位置を計測する際に、例えばエッジ計測法（第２の処理アルゴリズム）を用いて位置計測し、これらの平均値を第２領域２全体（２Ａ及び２Ｂ）のＸ軸方向における位置としてもよい。図１２（ｂ）は、３つの線幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３のうち、最も狭い線幅Ｗ１を有する第１領域１がＹ軸方向中央部に配置され、最も太い線幅Ｗ３を有する第３領域３が第１領域１の−Ｙ側に配置され、中間の線幅Ｗ２を有する第２領域２が第１領域１の＋Ｙ側に配置されているアライメントマークＡＭを示す図である。このように、複数の線幅部分それぞれの相対位置は任意に設定可能である。
【００９３】
図１３（ａ）に示すような第１の線幅Ｗ１を有する第１領域１及び第２の線幅Ｗ２を有する第２領域２からなるアライメントマークＡＭ（単位マーク７）のうち、第２領域２を、図１３（ｂ）に示すように、複数のセグメントマーク２Ｓにより構成することができる。セグメントマーク２Ｓは、第２領域２をＸ軸方向において複数分割したものであり、Ｙ軸方向を長手方向としてＸ軸方向に間隔をあけて複数平行に並んで設けられている。ここで、複数のセグメントマーク２Ｓ全体のＸ軸方向における中心位置と、第１領域１のＸ軸方向における中心位置とは設計値上で同じ値に設定されている。セグメントマーク２Ｓの線幅Ｗ２Ｓは、撮像素子２０の解像度以下、且つ第１領域１の線幅Ｗ１未満に設定されている。このように、アライメントマークＡＭは、複数の分割されたセグメントマークにより構成されてもよい。アライメントマークＡＭの太線部である第２領域２を、細い線幅ＷＳ２を有する複数のセグメントマーク２Ｓにより構成したことにより、例えばＣＭＰ処理においてこのセグメントマーク２Ｓ（第２領域２）は型くずれしにくくなる。したがって、プロセス条件としてＣＭＰ処理が含まれていても、第２領域２を用いてマーク位置検出（アライメント処理）を精度良く行うことができる。
【００９４】
上記各実施例では、細線部１と太線部２とはＹ軸方向に並んで設けられているとともに細線部１と太線部２とは接続されている構成であるが、図１４に示すように、細線部１と太線部２とを分割し、これら細線部１と太線部２とをＸ軸方向に並べて配置してもよい。この場合においても、複数の細線部（第１領域）１全体のＸ軸方向における中心位置と、複数の太線部（第２領域）２全体のＸ軸方向における中心位置とは設計値上で同じ値（Ｏｘ）に設定されている。そして、第２領域２のマーク位置を撮像素子２０で検出する際には、第２の走査線ＳＬＢが走査する第２検出領域１２Ｂで第２領域２のマーク位置検出を行う。一方、第１領域１のマーク位置を撮像素子２０で検出する際には、第１の走査線ＳＬＡが走査する第１検出領域１２Ａで第１領域１のマーク検出を行う。ここで、第１領域１のマーク位置を検出する際には、制御装置ＣＯＮＴは第１検出領域１２Ａのうち第１領域１に対応する座標部分（図１４中、斜線部分）のみの撮像データを用いる。記憶装置ＭＲＹには、アライメントマークＡＭの設計値に関する情報、具体的には第１領域１の形成位置（座標）、あるいは第２領域２に対する第１領域１の相対位置に関する情報が記憶されている。制御装置ＣＯＮＴは、記憶装置ＭＲＹに記憶されている第１領域の設計値上の形成位置情報に基づいて、第１検出領域１２Ａのうち、第１領域１のマーク検出の対象とすべき領域を決定する。
【００９５】
図１５（ａ）に示すアライメントマークＡＭでは、細線部１のＸ軸方向両側のそれぞれに太線部２が配置されている。図１５（ｂ）に示すアライメントマークＡＭでは、３本並んだ太線部２のＸ軸方向両側のそれぞれに細線部１が３本ずつ並んで設けられている。ここに示す例では、細線部１のＹ軸方向の長さは太線部２より短く設定されている。また、細線部１と太線部２とのＹ軸方向における中心位置はほぼ一致している。図１５（ｃ）に示すアライメントマークＡＭでは、３本並んだ細線部１のＸ軸方向両側のそれぞれに太線部２が３本ずつ並んで設けられている。ここに示す例では、太線部２のＹ軸方向の長さは細線部１より短く設定されている。また、細線部１と太線部２とのそれぞれの図中、下端部のＹ座標がほぼ一致している。図１５（ｄ）に示すアライメントマークＡＭでは、３本並んだ細線部１のＸ軸方向両側のそれぞれに太線部２が２本ずつ並んで設けられている。そして、細線部１と太線部２とはＹ軸方向にずれて配置されている。つまり、細線部１のＹ座標と太線部２のＹ座標とは一致していない。図１５（ｅ）に示すアライメントマークＡＭでは、図１５（ｄ）に示した例に加えて、細線部１のＸ軸方向両側に、Ｙ軸方向にずれて中間の線幅を有する中間線部３が設けられている。図１５（ｆ）に示すアライメントマークＡＭでは、異なる線幅を有する３つの領域１、２、３が、Ｙ軸方向に並んで配置されている。
図１５（ａ）〜（ｆ）に示したいずれのアライメントマークＡＭも、各領域１、２、３のＸ軸方向における中心の位置情報の値のそれぞれは設計値上で同じ値に設定されている。
【００９６】
図１６（ａ）に示すアライメントマークＡＭは、その長手方向とＹ軸方向とを一致させて配置され、Ｘ軸方向において互いに対向する２つの太線部２と、その長手方向とＸ軸方向とを一致させて配置され、Ｙ軸方向において互いに対向する２つの太線部２と、これら４つの太線部２の内側に配置され、各太線部２のそれぞれに対応するようにそれぞれ平行に配置された４つの細線部１とを有している。図１６（ｂ）に示すアライメントマークＡＭは、線幅Ｗ２を有する矩形状に形成された太線部２と、太線部２の内側に配置され、線幅Ｗ１を有する矩形状に形成された細線部１とを有している。図１６（ｃ）に示すアライメントマークＡＭは、線幅Ｗ２を有する矩形状に形成された太線部２と、この矩形状の太線部２のＸ軸方向両側にそれぞれ配置された細線部１とを有している。ここに示す例では、太線部２のＹ軸方向における長さと細線部１のＹ軸方向における長さとはほぼ一致している。図１６（ｄ）に示すアライメントマークＡＭでは、図１６（ｃ）に示したアライメントマークＡＭに対して細線部１のＹ軸方向における長さが短く設定されている。図１６（ｅ）に示すアライメントマークＡＭでは、図１６（ｄ）に示したアライメントマークＡＭの＋Ｙ側に、第３の線幅Ｗ３を有する中間線部３が配置されている。図１６（ｆ）に示すアライメントマークＡＭでは、図１６（ｄ）に示すアライメントマークＡＭの＋Ｙ側に、第３の線幅Ｗ３を有する矩形状に形成された中間線部３が配置されている。
図１６（ａ）〜（ｆ）に示したいずれのアライメントマークＡＭも、各領域１、２、３のＸ軸方向における通信の位置情報の値のそれぞれは設計値上で同じ値に設定されている。
【００９７】
次に、図１７〜図２３のフローチャート図を参照しながら、本発明のアライメントマークＡＭを用いた位置検出方法及び露光方法の一実施形態について説明する。
図１７は露光処理全体を示すフローチャート図である。図１７に示すように、まず、制御装置ＣＯＮＴは露光処理の開始を指令する。次いで、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴに対してウエハとしての基板Ｐを基板搬送系を用いて搬送し、この基板ステージＰＳＴに搬送された基板Ｐに対してサーチアライメント処理を実行する（ステップＳ１）。
ここで、サーチアライメント処理とは、基板Ｐを基板ステージＰＳＴで支持した状態で、基板Ｐに設けられている２つあるいは３つのサーチマークを用いて大まかな位置合わせをする処理である。
【００９８】
次いで、制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｐ上のサンプルショット領域をファインアライメント計測する（ステップＳ２：マーク検出工程）。
ここで、ファインアライメント処理とは、サーチアライメント処理の結果を用いて基板Ｐを精密に位置合わせする処理であって、基板Ｐ上の複数のショット領域から選択される少なくとも３つのショット領域（サンプルショット領域）にそれぞれ付随したアライメントマークの位置をアライメント装置１０を介してそれぞれ光電検出する。
そして、このファインアライメント処理工程において、本発明のマーク検出方法が適用される。
【００９９】
次いで、制御装置ＣＯＮＴは、ファインアライメント計測結果に基づいてＥＧＡ処理する（ステップＳ３）。
ＥＧＡ（エンハンスド・グローバル・アライメント）処理は、ステップＳ２の検出結果に基づいて、ショット領域の実際の位置と設計位置（またはその補正位置）とを用いた近似演算処理によって、基板Ｐ上の各ショット領域の位置を統計的に算出するものである。これにより、基板Ｐはその算出された位置に従って順次移動され、複数のショット領域にそれぞれ次層のマスクのパターンが適正に位置合わせされた状態で転写される。
【０１００】
次いで、制御装置ＣＯＮＴはＥＧＡ演算で求められた基板Ｐ上の各ショット領域とマスクＭとを位置合わせする。そして、位置合わせしつつ、マスクＭのパターンを基板Ｐの全ショット領域のそれぞれに対して露光する（ステップＳ４：アライメント工程、露光工程）。
【０１０１】
制御装置ＣＯＮＴは、露光処理されていない未露光基板Ｐがあるかどうかを判別する（ステップＳ５）。
ステップＳ５において、未露光基板Ｐは無いと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは一連の処理を終了する。一方、ステップＳ５において、未露光基板Ｐがあると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴ上の露光処理済みの基板Ｐを基板搬送系を用いて搬出（アンロード）するとともに、未露光基板Ｐを基板ステージＰＳＴに搬入（ロード）する（ステップＳ６）。
【０１０２】
図１８は、本発明のアライメントマーク及びマーク検出方法が適用されるファインアライメント処理（ステップＳ２）のサブルーチンを示すフローチャート図である。図１８において、ファインアライメント処理の実行が指令されると、制御装置ＣＯＮＴ（アライメント装置１０）に対してアライメント処理に関する情報が入力される（ステップＳ１０）。
ここで入力される情報としては、上述したように、アライメントマークＡＭの設計値に関する情報、基板Ｐに対して施されるプロセスに関する情報、アライメント装置（マーク検出装置）１０に固有の検出特性に関する情報、ＴＩＳに関する情報情報、ＷＩＳに関する情報情報、処理アルゴリズムに関する情報を含む。プロセスに関する情報は、フォトレジストに関する情報（フォトレジストの種類や色、塗布膜厚さ等）、乾燥条件、及びＣＭＰ処理工程が実行されるかどうかなどの情報を含む。アライメント装置１０に固有に検出特性に関する情報は、アライメント光学系ＡＬの開口数ＮＡに関する情報、アライメント光学系ＡＬの光学倍率に関する情報、アライメント光学系ＡＬの収差に関する情報、撮像素子２０の特性に関する情報を含む。撮像素子２０の特性は、解像度やＣＣＤ単体の電気的特性（電気ノイズ特性）などを含む。また、ここでのＴＩＳ／ＷＩＳ情報はシミュレーションで求められたものとする。
【０１０３】
情報入力処理が行われたら、アライメント光学系ＡＦのフォーカス合わせ処理であるアライメントＡＦ処理が行われる（ステップＳ１１）。
アライメントＡＦ処理は、アライメント光学系ＡＬのフォーカス位置とアライメントマークＡＭが形成されている基板Ｐの表面とを合致させる処理である。
次いで、マーク位置計測処理が行われる（ステップＳ１２）。
マーク位置計測処理は、アライメントマークＡＭの基板Ｐの面方向（ＸＹ方向）の位置を計測する処理である。
そして、マーク位置計測処理が終了したら、メインルーチンに戻ってステップＳ３（図１７）が実行される。
【０１０４】
図１９、図２０、及び図２１は、図１８に示したファインアライメント処理に関するアライメントＡＦ処理（すなわちステップＳ１１）のサブルーチンを示すフローチャート図である。
【０１０５】
以下、撮像素子２０で得られるアライメントマークの像コントラストに基づいてアライメント光学系ＡＬのフォーカス合わせを行う方法を適宜「ＣＣＤ−ＡＦ」と称する。一方、図５等を用いて説明したスリット光を用いてアライメント光学系ＡＬのフォーカス合わせを行う方法を適宜「ＡＬＧ−ＡＦ」と称する。
【０１０６】
図１９において、アライメントＡＦ処理の実行が指令されると、まず、図５等を用いて説明したようなスリット光を用いたアライメントＡＦであるＡＬＧ−ＡＦを行うか、撮像素子２０の像コントラストに基づいたアライメントＡＦであるＣＣＤ−ＡＦを行うかが判別される（ステップＳ５０）。
ステップＳ５０において、ＡＬＧ−ＡＦを行うと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ１０で入力されたプロセスに関する情報に基づいて、処理対象の基板Ｐ（ロット）に対してＣＭＰ処理が実行されるかどうかを判別する（ステップＳ５１）。
【０１０７】
ステップＳ５１において、ＣＭＰ処理が実行されると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ１０で入力されたマークの設計値に関する情報に基づいて、アライメントマークＡＭの太線部２はセグメントマーク２Ｓ（図１３参照）により形成されているかどうかを判別する（ステップＳ５２）。
ステップＳ５２において、太線部２がセグメントマーク２Ｓにより形成されていると判断したら、制御装置ＣＯＮＴはＣＭＰ処理しても太線部２は型くずれしないと判断する。この場合、上述したように、セグメントマーク２Ｓは細線部１より細いため、細線部１よりセグメントマーク２ＳのほうがＣＭＰ処理によって型くずれし難い。したがって、制御装置ＣＯＮＴは、後のマーク位置計測にセグメントマーク２Ｓ（太線部２）を用いるように判断し、セグメントマーク２Ｓ（太線部２）に対して、第２視野絞り３２の副開口Ｋ２、Ｋ３に基づくスリット光を、太線部２に対して照射する。すなわち、図６（ｃ）に示すようなスリット光の照射状態とする。そして、図５や図７を用いて説明した手順を用いてアライメントＡＦ処理を実行する（ステップＳ５４）。
【０１０８】
一方、ステップＳ５１において、ＣＭＰ処理が実行されないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、太線部２が型くずれするおそれのある処理（すなわちＣＭＰ処理）は行われないと判断し、アライメントマークＡＭの任意の位置にスリット光を照射するように判断する（ステップＳ５５）。
すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示したスリット光の照射状態のうち任意の照射状態を適用可能と判断する。
【０１０９】
なお、ここでは、アライメントマークＡＭの任意の位置にスリット光を照射しても、精度良いアライメントＡＦが実行できるが、好ましくは、後のマーク位置計測に用いる線幅部分に対してスリット光を照射してアライメントＡＦ処理することが好ましい。すなわち、後のマーク位置計測に用いる線幅部分が細線部１である場合には、図６（ｂ）に示すようなスリット光の照射状態とし、後のマーク位置計測に用いる線幅部分が太線部２である場合には、図６（ｃ）に示すようなスリット光の照射状態とすることが望ましい。
【０１１０】
一方、ステップＳ５２において、太線部２がセグメントマーク２Ｓにより形成されていないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴはＣＭＰ処理することで太線部２が型くずれするおそれがあると判断する。したがって、制御装置ＣＯＮＴは、後のマーク位置計測に細線部１を用いるように判断し、細線部１に対して、第２視野絞り３２の副開口Ｋ２、Ｋ３に基づくスリット光を、細線部１に対して照射する。すなわち、図６（ｂ）に示すようなスリット光の照射状態とする。そして、図５や図７を用いて説明した手順を用いてアライメントＡＦ処理を実行する。
【０１１１】
ステップＳ５０において、ＣＣＤ−ＡＦを行うと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ１０で入力されたマークの設計値に関する情報に基づいて、線幅の相違がアライメントＡＦ計測結果に影響を及ぼすかどうかを判別する（図２０のステップＳ２０）。
【０１１２】
ステップＳ２０において、影響を及ぼさないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、細線部１及び太線部２のいずれの線幅を用いてもアライメントＡＦ動作を精度良く行うことができると判断する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、アライメントマークＡＭの任意の位置にスリット光を照射し、アライメントＡＦを行う（ステップＳ２１）。そして、制御装置ＣＯＮＴはアライメントＡＦ処理を終了する（リターンする）。
【０１１３】
一方、ステップＳ２０において、影響を及ぼすと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、影響を及ぼす要因が分かっており、その要因による影響を軽減するのに適した線幅が特定できるかどうかを判別する（ステップＳ２２）。
ここで、影響を及ぼす要因としては、プロセス条件やアライメント装置１０に固有の検出特性に関する条件、あるいはＴＩＳ／ＷＩＳなどである。
【０１１４】
ステップＳ２２において、前記要因による影響を軽減するのに適した線幅が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、細線部１及び太線部２のそれぞれに関してアライメントＡＦ動作を行う。すなわち、図６（ｂ）、（ｃ）に示したスリット光の照射状態のそれぞれに基づいてアライメントＡＦ動作を行う。そして、制御装置ＣＯＮＴは、検出された各フォーカス位置の平均値をフォーカス位置に決定する（ステップＳ２３）。
なお、ここでの平均値とは、単純平均値でもよいし、重み付け平均値でもよい。例えば、前記要因が特定できなくても、プロセスの影響が大きいようであると推定されたらプロセスに最適な線幅のほうへ重みを大きくするといったことができる。
【０１１５】
一方、ステップＳ２２において、前記要因による影響を軽減するのに適した線幅を特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｐに対して施すプロセスに対して最適な線幅が特定できるかどうかを判別する（ステップＳ２４）。
例えば、ＣＭＰ処理が実行されるプロセス条件では、太い線幅のほうが型くずれしやすいので、太線部２の撮像信号はアライメントＡＦに適さず、細線部１が適するといった判断を下すことができる。
【０１１６】
ステップＳ２４において、基板Ｐに対して施すプロセスに対して最適な線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、プロセス以外の要因に対して最適な線幅が特定できるかどうかを判別する（ステップＳ２５）。
ここでいう要因とは、すなわちマークの設計値情報やアライメント装置に固有の検出特性、ＴＩＳ／ＷＩＳなどである。
【０１１７】
ステップＳ２５において、最適は線幅が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、そのときの基板Ｐに対して施すプロセスに対して最適な線幅部分でアライメントＡＦ動作を実行する（ステップＳ２６）。
すなわち、例えば、プロセス条件としてＣＭＰ処理が実行される場合には、細線部１でアライメントＡＦ動作を実行する。また、太線部２がセグメントマーク２Ｓならばセグメントマーク２ＳでアライメントＡＦ動作を実行する。そして、ここでいう最適な線幅とは、信号強度が十分に得られるか、像コントラストが十分に得られるか、信号波形に乱れがないか等の観点から判断される。
【０１１８】
一方、ステップＳ２５において、最適は線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ２４とステップＳ２５とのそれぞれで特定された線幅部分は同じものであるかどうかを判別する（ステップＳ２７）。
ステップＳ２７において、特定された線幅部分は同じでないと判断したら（例えば、ステップＳ２４では細線部１であると判断されたのに対して、ステップＳ２５では太線部２であると判断されたら）、制御装置ＣＯＮＴはステップＳ２３に進む。
【０１１９】
一方、ステップＳ２７において、特定された線幅部分は同じであると判断したら（例えば、ステップＳ２４及びステップＳ２５とも細線部１であると判断したら）、制御装置ＣＯＮＴは、この同じであると判断された線幅部分でアライメントＡＦ動作を行う（ステップＳ２８）。
例えば、同じであると判断された線幅部分が細線部１であったら、図６（ｂ）に示す状態でスリット光が照射される。
【０１２０】
ステップＳ２４において、プロセスに対して最適な線幅が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、アライメント装置１０に固有の検出特性に対して最適の線幅が特定できるかどうかを判断する（図２１のステップＳ２９）。
例えば、アライメント光学系ＡＬの開口数ＮＡが大きいと、アライメント光学系ＡＬは上述したように高周波成分に対して高感度なので、高周波成分の多い細線部１が、アライメント装置１０の検出特性に対して最適な線幅部分であると判断される。
【０１２１】
ステップＳ２９において、アライメント装置１０の検出特性に対して最適な線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、アライメント装置１０の検出特性以外の要因（すなわちＴＩＳ／ＷＩＳ）に対して最適な線幅が特定できるかどうかを判断する（ステップＳ３０）。
ステップＳ３０において、線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ２９とステップＳ３０とのそれぞれで特定された線幅部分は同じであるかどうかを判別する（ステップＳ３１）。
【０１２２】
ステップＳ３１において、特定された線幅部分は同じでないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴはステップＳ２３に進む。
一方、ステップＳ３１において、特定された線幅部分は同じであると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、この同じであると判断された線幅部分でアライメントＡＦ動作を行う（ステップＳ３３）。
例えば、同じであると判断された線幅部分が細線部１であったら、図６（ｂ）に示す状態でスリット光が照射される。
【０１２３】
一方、ステップＳ２９において、アライメント装置に固有の検出特性に対して最適な線幅部分が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ＴＩＳ／ＷＩＳに対して最適な線幅部分を特定できるかどうかを判別する（ステップＳ３４）。
【０１２４】
ステップＳ３４において、最適な線幅部分を特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ＴＩＳ／ＷＩＳに最適な線幅部分でアライメントＡＦ動作を行う（ステップＳ３５）。
例えば、シミュレーションによりマーク段差が小さい低段差マークであることが予想される場合には太線部２における信号コントラストを使用し、マーク段差が大きい高段差マークであることが予想される場合には細線部１における信号コントラストを使用する。なお、ここでは、ＴＩＳ／ＷＩＳに関する情報は、マークの設計値に関する情報やプロセスに関する情報に基づいて予めシミュレーションにより求められており、このシミュレーション結果に基づいてＴＩＳ／ＷＩＳの小さい線幅部分をアライメントＡＦに用いる。
【０１２５】
ステップＳ３０において、アライメント装置１０の検出特性以外の要因に対して最適な線幅部分が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、アライメント装置１０に固有の検出特性に最適の線幅部分でアライメントＡＦ動作を実行する（ステップＳ３２）。
例えば、使用する撮像素子２０のＣＣＤが高周波ノイズに対して高感度である場合には、太線部２に基づく検出信号にローパスフィルタリング処理を行う。あるいは、アライメント光学系ＡＬの収差が所定の許容範囲内であれば、細線部１及び太線部２のいずれを用いてアライメントＡＦ動作を実行することができる。一方、アライメント光学系ＡＬの収差が前記許容範囲を超える場合には、収差の影響を受けにくい太線部２を用いてアライメントＡＦ動作が実行される。また、アライメント光学系ＡＬの開口数ＮＡが小さい場合には、太線部２に基づく検出信号にローパスフィルタリング処理を行う。一方、アライメント光学系ＡＬの開口数ＮＡが大きい場合には、細線部１に基づく検出信号にハイパスフィルタリング処理を行う。
【０１２６】
ステップＳ３４において、ＴＩＳ／ＷＩＳに対して最適の線幅部分を特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ＴＩＳ／ＷＩＳの計測動作を、図８を用いて説明した手順で各線幅部分毎に行う（ステップＳ３６）。
そして、ステップＳ３６での計測結果に基づいて、ＴＩＳ／ＷＩＳが小さい線幅部分を用いてアライメントＡＦ動作を実行する（ステップＳ３７）。
【０１２７】
図２２及び図２３は、図１８に示したマーク位置計測処理（すなわちステップＳ１２）のサブルーチンを示すフローチャート図である。制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ１０で入力されたマークの設計値に関する情報に基づいて、線幅の相違がマーク位置計測結果に影響を及ぼすかどうかを判別する（図２２のステップＳ６０）。
ステップＳ６０において、影響を及ぼさないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、細線部１及び太線部２のいずれの線幅を用いてもマーク位置計測動作を精度良く行うことができると判断し、マーク位置計測を実行する（ステップＳ６１）。そして、制御装置ＣＯＮＴはマーク位置計測を終了する（リターンする）。
【０１２８】
一方、ステップＳ６０において、影響を及ぼすと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、影響を及ぼす要因が分かっており、その要因による影響を軽減するのに適した線幅が特定できるかどうかを判別する（ステップＳ６２）。
ここで、影響を及ぼす要因としては、プロセス条件やアライメント装置１０に固有の検出特性に関する条件、あるいはＴＩＳ／ＷＩＳなどである。
【０１２９】
ステップＳ６２において、前記要因による影響を軽減するのに適した線幅が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、細線部１及び太線部２のそれぞれに関してマーク位置計測動作を行い、検出された各マーク位置の平均値をマーク位置に決定する（ステップＳ６３）。
【０１３０】
一方、ステップＳ６２において、前記要因による影響を軽減するのに適した線幅を特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｐに対して施すプロセスに対して最適な線幅が特定できるかどうかを判別する（ステップＳ６４）。
例えば、ＣＭＰ処理が実行されるプロセス条件では、太い線幅のほうが型くずれしやすいので、太線部２の撮像信号はマーク位置計測に適さないといった判断を下すことができる。
【０１３１】
ステップＳ６４において、基板Ｐに対して施すプロセスに対して最適な線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、プロセス以外の要因に対して最適な線幅が特定できるかどうかを判別する（ステップＳ６５）。
ここでいう要因とは、すなわちマークの設計値情報やアライメント装置に固有の検出特性、ＴＩＳ／ＷＩＳなどである。
【０１３２】
ステップＳ６５において、最適は線幅が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、そのときの基板Ｐに対して施すプロセスに対して最適な線幅部分でマーク位置計測動作を実行する（ステップＳ６６）。
すなわち、例えば、プロセス条件としてＣＭＰ処理が実行される場合には、細線部１でマーク位置計測動作を実行する。また、太線部２がセグメントマーク２Ｓならばセグメントマーク２Ｓでマーク位置計測動作を実行する。
【０１３３】
一方、ステップＳ６５において、最適は線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ６４とステップＳ６５とのそれぞれで特定された線幅部分は同じものであるかどうかを判別する（ステップＳ６７）。
ステップＳ６７において、特定された線幅部分は同じでないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴはステップＳ６３に進む。一方、ステップＳ６７において、特定された線幅部分は同じであると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、この同じであると判断された線幅部分でマーク位置計測動作を行う（ステップＳ６８）。
【０１３４】
ステップＳ６４において、プロセスに対して最適な線幅が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、アライメント装置１０に固有の検出特性に対して最適の線幅が特定できるかどうかを判断する（図２３のステップＳ６９）。
ステップＳ６９において、アライメント装置の検出特性に対して最適な線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、アライメント装置の検出特性以外の要因（すなわちＴＩＳ／ＷＩＳ）に対して最適な線幅が特定できるかどうかを判断する（ステップＳ７０）。
【０１３５】
ステップＳ７０において、線幅が特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳ６９とステップＳ７０とのそれぞれで特定された線幅部分は同じであるかどうかを判別する（ステップＳ７１）。
ステップＳ７１において、特定された線幅部分は同じでないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴはステップＳ６３に進む。一方、ステップＳ７１において、特定された線幅部分は同じであると判断したら（例えば、ステップＳ６９及びステップＳ７０とも細線部１であると判断したら）、制御装置ＣＯＮＴは、この同じであると判断された線幅部分でマーク位置計測動作を行う（ステップＳ７３）。
【０１３６】
一方、ステップＳ６９において、アライメント装置に固有の検出特性に対して最適な線幅部分が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ＴＩＳ／ＷＩＳに対して最適な線幅部分を特定できるかどうかを判別する（ステップＳ７４）。
ステップＳ７４において、最適な線幅部分を特定できると判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ＴＩＳ／ＷＩＳに最適な線幅部分でマーク位置計測動作を行う（ステップＳ７５）。
例えば、シミュレーションによりマーク段差が小さい低段差マークであることが予想される場合には太線部２でエッジ計測法で位置計測し、マーク段差が大きい高段差マークであることが予想される場合には細線部１をテンプレートマッチング法で位置計測する。これは、線幅が細くても段差が大きければコントラストが得られるからであってシングル波形を安定して得られるからである。
【０１３７】
ステップＳ７０において、アライメント装置１０の検出特性以外の要因に対して最適な線幅部分が特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、アライメント装置１０に固有の検出特性に最適の線幅部分でマーク位置計測動作を実行する（ステップＳ７２）。
例えば、使用する撮像素子２０のＣＣＤが高周波ノイズに対して高感度である場合には、太線部２に基づく検出信号にローパスフィルタリング処理を行う。あるいは、アライメント光学系ＡＬの収差が所定の許容範囲内であれば、細線部１及び太線部２のいずれを用いてマーク位置計測動作を実行することができる。一方、アライメント光学系ＡＬの収差が前記許容範囲を超える場合には、収差の影響を受けにくい太線部２を用いてマーク位置計測動作が実行される。また、アライメント光学系ＡＬの開口数ＮＡが小さい場合には、太線部２に基づく検出信号にローパスフィルタリング処理を行う。一方、アライメント光学系ＡＬのＮＡが大きい場合には、細線部１に基づく検出信号にハイパスフィルタリング処理を行う。
【０１３８】
ステップＳ７４において、ＴＩＳ／ＷＩＳに対して最適の線幅部分を特定できないと判断したら、制御装置ＣＯＮＴは、ＴＩＳ／ＷＩＳの計測動作を、図８を用いて説明した手順で各線幅部分毎に行う（ステップＳ７６）。
そして、ステップＳ７６での計測結果に基づいて、ＴＩＳ／ＷＩＳが小さい線幅部分を用いてマーク位置計測動作を実行する（ステップＳ７７）。
【０１３９】
なお、上記各実施形態において、アライメントマークＡＭを構成する単位マーク７は、細線部１と太線部２とのそれぞれのＸ軸方向における中心位置が統一された左右対称形状であるが、例えば、「Ｓ」字状マークなど、左右対称でなくてもＸ軸方向における中心位置が容易に設定可能な形状であれば任意の形状を用いることができる。あるいは、アライメントマークＡＭとしてはライン状マークに限らず例えばドット状マーク等も含む。
【０１４０】
なお、上記実施形態では、アライメントマークが設けられる物体を基板Ｐとして説明したが、本発明のマークが形成される物体としては、マスク、マスクステージＭＳＴ上に形成されたマスクステージ基準マークＲＭ、基板ステージＰＳＴ上に形成された基板ステージ基準マークＦＭも含む。
【０１４１】
また、上記実施の形態において、アライメントセンサを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等の撮像素子２０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）方式として説明したが、レーザ光を基板上のドット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また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）方式や、基板上の回折格子状のアライメントマークにピッチ方向に対照的に傾斜した２つのコヒーレントビームを照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置を計測するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）方式であってもよい。更には、WO98/39689に開示されている二重格子方式であってもよい。
【０１４２】
なお、上記各実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
【０１４３】
露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。また、本発明は基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
【０１４４】
露光装置ＥＸの種類としては、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【０１４５】
また、照明光学系ＩＬの光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
【０１４６】
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を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ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露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【０１４７】
また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ(Extreme Ultra Violet)光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
【０１４８】
また、投影光学系ＰＬは屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよい。なお、露光光の波長が２００ｎｍ程度以下であるときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない気体（窒素、ヘリウムなどの不活性ガス）でパージすることが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。
【０１４９】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージＰＳＴ、ＭＳＴは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
【０１５０】
各ステージＰＳＴ、ＭＳＴの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージＰＳＴ、ＭＳＴを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージＰＳＴ、ＭＳＴに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージＰＳＴ、ＭＳＴの移動面側に設ければよい。
【０１５１】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（USP5,528,118）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報（US S/N 08/416,558）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【０１５２】
以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。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。
【０１５３】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図２４に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明に係る露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の位置検出用マークの一実施形態を示す図である。
【図３】本発明の位置検出用マークが基板上に形成されている様子を示す図である。
【図４】マーク検出装置により位置検出用マークの位置検出が行われている状態を示す図である。
【図５】マーク検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図６】マーク検出装置の検出状態の例を示す図である。
【図７】マーク検出装置の検出状態の例を示す図である。
【図８】ＴＩＳ／ＷＩＳ検出の一例を示す模式図である。
【図９】マーク線幅によりＣＭＰ処理が与える影響を示す模式図である。
【図１０】本発明のマーク評価方法を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の位置検出用マークの他の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の位置検出用マークの他の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の位置検出用マークの他の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の位置検出用マークの他の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の位置検出用マークの他の実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の位置検出用マークの他の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明のマーク検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図１８】本発明のマーク検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図１９】本発明のマーク検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２０】本発明のマーク検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２１】本発明のマーク検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２２】本発明のマーク検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２３】本発明のマーク検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２４】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【図２５】従来の課題を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１…細線部（第１領域）、２…太線部（第２領域）、１０…アライメント装置（マーク検出装置）、１２…検出領域、１２Ａ…第１の検出領域、１２Ｂ…第２の検出領域、２０…撮像素子（検出部）、２９…信号処理装置（処理部）、ＡＭ…アライメントマーク（位置検出用マーク）、ＣＯＮＴ…制御装置（第１、第２処理手段、処理部）、Ｄ…ショット領域（区画領域）、ＥＸ…露光装置、Ｌ１…第１区間、Ｌ２…第２区間、Ｍ…マスク、Ｐ…基板（物体）、Ｗ１…第１の幅、Ｗ２…第２の幅、ＳＬＡ…第１の走査線、ＳＬＢ…第２の走査線
【図１】
2005317617.tif 000003
【図２】
2005317617.tif 000004
【図３】
2005317617.tif 000005
【図４】
2005317617.tif 000006
【図５】
2005317617.tif 000007
【図６】
2005317617.tif 000008
【図７】
2005317617.tif 000009
【図８】
2005317617.tif 000010
【図９】
2005317617.tif 000011
【図１０】
2005317617.tif 000012
【図１１】
2005317617.tif 000013
【図１２】
2005317617.tif 000014
【図１３】
2005317617.tif 000015
【図１４】
2005317617.tif 000016
【図１５】
2005317617.tif 000017
【図１６】
2005317617.tif 000018
【図１７】
2005317617.tif 000019
【図１８】
2005317617.tif 000020
【図１９】
2005317617.tif 000021
【図２０】
2005317617.tif 000022
【図２１】
2005317617.tif 000023
【図２２】
2005317617.tif 000024
【図２３】
2005317617.tif 000025
【図２４】
2005317617.tif 000026
【図２５】
2005317617.tif 000027