(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、
前記物体を観察する観察工程と；
前記物体の観察座標系上における所定の相互位置関係を有する複数の領域のうちの少なくとも１つの領域についての観察結果に関する所定の対称性を考慮した領域一致度を算出する領域一致度算出工程と；
前記領域一致度に基づいて前記物体の位置情報を算出する位置情報算出工程と；を含む位置検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記観察工程では、前記物体に形成されたマークを観察し、
前記位置情報算出工程では、前記マークの位置情報を算出する、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の位置検出方法において、
前記複数の領域は、前記マークの形状に応じて定められている、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度は、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１対の観察結果について、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度である、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の位置検出方法において、
前記複数の領域の数は３以上であり、
前記領域一致度算出工程では、前記複数の領域から選択された複数の領域対それぞれにおける前記領域間一致度を算出する、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】
請求項４に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度算出工程は、
前記領域間一致度の算出対象となる一の領域の観察結果を、他の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換工程と；
前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果とに基づいて、前記領域間一致度を算出する領域間一致度算出工程と；を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の位置検出方法において、
前記領域間一致度の算出は、前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果との正規化相関係数を算出することによって行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項８】
請求項６に記載の位置検出方法において、
前記領域間一致度の算出は、前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果との差を算出することによって行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項９】
請求項６に記載の位置検出方法において、
前記領域間一致度の算出は、前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果とで、互いに対応する点における前記観察結果の分散値総和である総分散及び前記総分散に基づく標準偏差の少なくとも一方を算出することによって行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度算出工程では、前記複数の領域間の相対位置関係を変化させずに、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行う、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１１】
請求項４に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度算出工程では、前記複数の領域間の相対位置関係が変化するように、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行う、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１２】
請求項４に記載の位置検出方法において、
前記複数の領域は２つの領域であり、
前記領域一致度算出工程では、前記２つの領域間の相対距離が変化するように、前記２つの領域を所定の軸方向に沿って互いに反対向きに移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行う、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度算出工程では、前記複数の領域の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度を更に算出し、
前記位置情報算出工程では、前記領域間一致度及び前記領域内一致度に基づいて前記物体の位置情報を求める、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度は、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度である、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度算出工程は、
前記領域内一致度の算出対象となる領域の観察結果を、前記所定の領域内対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換を行う座標変換工程と；
前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果とに基づいて、前記領域内一致度を算出する領域内一致度算出工程と；を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の位置検出方法において、
前記領域内一致度の算出は、前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果との正規化相関係数を算出することによって行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の位置検出方法において、
前記領域内一致度の算出は、前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果との差を算出することによって行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の位置検出方法において、
前記領域内一致度の算出は、前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果とで、互いに対応する点における前記観察結果の分散値総和である総分散及び前記総分散に基づく標準偏差の少なくとも一方を算出することによって行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の位置検出方法において、
前記領域一致度算出工程では、前記領域内一致度の算出対象となる領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域内一致度の算出を行う、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の位置検出方法において、
前記領域内一致度の算出対象は２以上の領域であり、
前記観察座標系内における移動は、前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させずに行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の位置検出方法において、
前記領域内一致度の算出対象は２以上の領域であり、
前記観察座標系内における移動は、前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させるように行われる、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記観察工程では、観察により得られたＮ（Ｎは、２以上の自然数）次元画像信号をＭ（Ｍは、Ｎより小さな自然数）次元空間に射影することにより、前記観察結果を求める、ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２３】
物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記物体を観察する観察装置と；
前記物体の観察座標系上における所定の相互位置関係を有する複数の領域のうちの少なくとも１つの領域についての観察結果に関する所定の対称性を考慮した領域一致度を算出する一致度算出装置と；
前記領域一致度に基づいて前記物体の位置情報を求める位置情報算出装置と；を備える位置検出装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の位置検出装置において、
前記観察装置は、前記物体に形成されたマークを撮像する撮像装置を備える、ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の位置検出装置において、
前記領域一致度は、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１対の観察結果について、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度であり、
前記一致度算出装置は、
前記領域間一致度の算出対象となる一の領域の観察結果を、他の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換装置と；
前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果とに基づいて、前記領域間一致度を算出する算出処理装置と；を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の位置検出装置において、
前記領域一致度は、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度であり、
前記一致度算出装置は、
前記領域内一致度の算出対象となる領域の観察結果を、前記所定の領域内対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換を行う座標変換装置と；
前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果とに基づいて、前記領域内一致度を算出する算出処理装置と；を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２７】
所定のパターンを基板上の区画領域に転写する露光方法であって、
前記基板に形成された位置検出用マークの位置を請求項１に記載の位置検出方法によって検出して、前記基板上における前記区画領域の位置情報を算出する位置算出工程と；
前記位置算出工程において求められた前記区画領域の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記区画領域に前記パターンを転写する転写工程と；を含む露光方法。
【請求項２８】
所定のパターンを基板上の区画領域に転写する露光装置であって、
前記基板を移動面に沿って移動させるステージ装置と；
前記ステージ装置に搭載された前記基板上のマークの位置を検出する請求項２３に記載の位置検出装置と；を備える露光装置。
【請求項２９】
物体の位置情報を検出する位置検出装置が実行する制御プログラムであって、
前記物体の観察座標系上における所定の相互位置関係を有する複数の領域のうちの少なくとも１つの領域についての観察結果に関する所定の対称性を考慮した領域一致度を算出させる手順と；
前記領域一致度に基づいて前記物体の位置情報を算出させる手順と；を備える制御プログラム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域一致度を算出させる際には、前記物体に形成されたマークの観察結果に関する前記所定の対称性を考慮した領域一致度を算出させ、
前記物体の位置情報を算出させる際には、前記マークの位置情報を算出させる、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３１】
請求項３０に記載の制御プログラムにおいて、
前記複数の領域は、前記マークの形状に応じて定められている、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３２】
請求項２９に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域一致度は、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１対の観察結果について、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度である、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３３】
請求項３２に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域間一致度を算出させる際には、前記複数の領域間の相対位置関係を変化させずに、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行わせる、ことを特徴とする記録媒体。
【請求項３４】
請求項３２に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域間一致度を算出させる際には、前記複数の領域間の相対位置関係が変化するように、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行わせる、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３５】
請求項２９に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域一致度は、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度である、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３６】
請求項３５に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域内一致度を算出させる際には、前記領域内一致度の算出対象となる領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域内一致度の算出を行わせる、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３７】
請求項３５に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域内一致度の算出対象は２以上の領域であり、
前記領域一致度を算出させる際には、前記観察座標系内における移動は、前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させずに行われる、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３８】
請求項３５に記載の制御プログラムにおいて、
前記領域内一致度の算出対象は２以上の領域であり、
前記領域一致度を算出させる際には、前記観察座標系内における移動は、前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させるように行われる、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項３９】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
前記リソグラフィ工程で、請求項２７に記載の露光方法を使用して露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、位置検出方法、位置検出装置、露光方法、露光装置、記録媒体、及びデバイス製造方法に係る。より詳細には、物体に形成されたマークの位置を検出する位置検出方法及び位置検出装置、並びに前記位置検出方法を使用する露光方法、前記位置検出装置を備える露光装置、前記位置検出方法を実行するためのプログラム内容が格納された記録媒体、前記露光方法を使用するデバイス製造方法に関する。
背景技術
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「基板又はウエハ」という）上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。かかる露光装置においては、露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。
このためレチクルの位置検出及びウエハの位置検出を高精度で行う必要がある。かかる位置検出にあたって、レチクルに関しては、露光光を用いるものが一般的である。例えば、露光光をレチクル上に描画されたレチクル・アライメントマークに照射し、ＣＣＤカメラなどで撮像したレチクル・アライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Ｖｉｓｕａｌ  Ｒｅｔｉｃｌｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等が採用されている。また、ウエハのアライメントにあたっては、ＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｔｅｐ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式やＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等が採用されている。こうしたウエハのアライメント方式のうち、ＬＳＡ方式では、レーザー光をウエハ上のドット列状のウエハ・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している。また、ＦＩＡ方式では、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を検出している。こうしたウエハのアライメント方式では、近年におけるアライメント精度向上の要請から、マーク変形やレジスト塗りむら等に対して耐性の高いＦＩＡ方式が主流となっている。
以上のような、ＶＲＡ，ＬＳＡ，ＦＩＡ等の光学式アライメント方式では、まず、マークを含む領域の画像信号（１次元信号を含む）を収集する。そして、収集された画像信号のうち、どの部分がマークを反映しているかを特定し、収集された画像信号内のマーク像に対応した画像信号（以下、「マーク信号」という）を認識することが必要である。
かかるマーク信号の認識方法として、（ａ）画像信号を微分して、微分信号極値となる位置を抽出し、マークにおけるエッジ位置の候補を抽出した後、設計上のマーク構造（エッジ位置分布）に合致する画像信号部分をマーク信号として認識するエッジ抽出法（以下、「従来例１」という）、（ｂ）設計上のマーク構造等から予め定められたテンプレートパターンと画像信号との正規化相互相関係数の分布からマーク信号を認識するパターンマッチング法（以下、「従来例２」という）、（ｃ）マーク構造が鏡映対称性を有する場合に、画像領域における鏡映中心点を変化させながら鏡映中心点から見て一方側の画像信号を鏡映変換し、鏡映変換後の信号波形と鏡映中心点から見て他方側の画像信号との正規化相互相関係数を求めて、鏡映中心点の変化に応じた正規化相互相関係数の変化の態様からマーク信号を認識する折り返し自己相関法（以下、「従来例３」という）などが行われてきた。
また、上記のような従来例１〜３のマークの認識方法の実行にあたっては、フォーカス状態における画像信号の収集が前提となる。これに応じてフォーカス計測が必要となるが、こうしたフォーカス計測にあたっては、例えば特開平１０−２２３５１７号公報に開示されているような、フォーカス状態に関する情報の取得方法が一般的に使用されている。この方法では、まず、マークの画像信号の収集対象領域外に２つのフォーカス計測用パターン（例えば、スリット像パターン）を投射する。この結果、その収集対象領域外で反射されたフォーカス計測用光束を瞳分割プリズム等により２分割して結像させる。そして、フォーカス計測用パターンの結像面におけるフォーカス計測用パターン間の距離を測定し、フォーカス状態に関する情報を得る。かかる２光束間距離測定にあたっては、結像面上における各光束に応じた像のそれぞれの重心を検出し、重心間の距離を計測する方法や、像それぞれにおけるエッジ位置を検出し、エッジ位置に基づいて像間距離を計測する方法（以下、「従来例４」という）が用いられていた。
近年における化学的機械的研磨（以下、「ＣＭＰ」という）技術に代表される平坦化技術の進歩に応じたマークの低段差化（マークパターンの低段化）の進行に伴い、レジスト膜による多重干渉のため、僅かなマーク段差やレジスト膜厚の変化により、マークエッジ周辺における観察信号が、各マークエッジ部における信号エッジ数が２つの位相物体波形となったり、各マークエッジ部における信号エッジ数が１つの明暗物体波形となったりする。このため、同様な製造プロセスを経たレチクルやウエハにおけるマークであっても、位相マークとして振る舞ったり、明暗マークとして振る舞ったりする事態が発生してきた。更に、同一のマークであったとしても撮像時におけるフォーカス状態の変化によっても同様な事態が発生してきた。
したがって、上述の従来例１のエッジ抽出法でマーク位置を精度良く検出するためには、マークの画像信号の処理に先立って、各マークエッジ部における信号エッジの数や使用する信号エッジの種類（例えば、「ラインパターン像を中心としたときの内側エッジ」等）をマニュアル入力等で指定する必要があった。また、マークの信号波形が位相物体波形となるか、明暗物体波形となるかは、ロットやウエハごとに定まるとは限らず、１枚のウエハ内、更には同一マーク内においても位相物体波形となるマーク信号波形と明暗物体波形となるマーク信号波形とが混在する場合もある。こうした場合には、位置検出対象となるマークごと、更にはマークエッジごとに上記の指定を行うことが必要となり、迅速なマーク位置検出ができなくなってしまう。
また、従来例２のパターンマッチング法では、上記の位相マークか明暗マークかの不確定性の事態に対して、マーク画像領域の全域に関する複数のテンプレートを用意し、これらのテンプレートそれぞれと画像信号との相関を演算し、最も相関が高いものを位置検出に使用することが考えられる。しかし、正規化相関演算において検出精度を向上させるためには、それぞれ形態の異なる数多くのテンプレートを準備しておく必要がある。このため、それらのテンプレートを準備する作業量の点や、それらのテンプレートを保存しておくためのメモリ等の記憶資源の点など、多くの問題点がある。
また、パターンマッチング法では、マークが例えばライン・アンド・スペースマークの場合には、ラインパターンに応じたテンプレートを用意して画像信号のラインパターン幅程度を定義域としてテンプレートと画像信号との相関を調べ、ラインパターンに応じた画像信号位置を抽出することが考えられる。しかし、本発明者が研究の結果から得た知見によれば、特に、位相マークの場合には、本来のラインパターン位置以外の位置でも高い相関値をとることがしばしば発生する。したがって、本来のマーク位置を認識するためのアルゴリズムを別途導入することが必要となり、精度の良い位置検出のためには、処理が複雑なものとなってしまうので、迅速なマーク位置計測は困難であった。
また、従来例３の折り返し自己相関法は、テンプレートを用意する必要がなく、デフォーカスの発生やプロセス変化に強いが、鏡映対称性を検知する方法である。このため、マークが鏡映対称な構造を有する場合にしか使用できない。さらに、マークの全領域について、相関演算を行うことが必要となるため、計算量が大きくなってしまっていた。
また、従来例４のフォーカス計測では、スリット等のフォーカス計測用パターンを投影したウエハ上に形成されたパターンによって、瞳上のパターンの形状が変化する。このため、重心計測やエッジ計測等において大きな誤差を生じ得る可能性があるので、精度の良いフォーカス計測は困難であった。
一方、半導体素子等の更なる高集積化や微細化に伴い、位置合わせ用マークの低段差化の傾向は避けられない状況であるとともに、位置合わせ用マークの検出精度の向上も求められている。すなわち、現在、低段差のマークの高精度位置検出に関する新たな技術が待望されているのである。
本発明は、上記の事情のもとでなされたものであり、その第１の目的は、精度良くマーク位置を検出することが可能な位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、高精度の露光が可能な露光方法及び露光装置を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、読み出して実行することにより、精度良く物体の位置情報を検出することが可能なプログラムが格納された記録媒体を提供することにある。
また、本発明の第４の目的は、微細なパターンを有する高集積度のデバイスを生産することが可能なデバイス製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は、第１の観点からすると、物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、前記物体を観察する観察工程と；前記物体の観察座標系上における所定の相互位置関係を有する複数の領域のうちの少なくとも１つの領域についての観察結果に関する所定の対称性を考慮した領域一致度を算出する領域一致度算出工程と；前記領域一致度に基づいて前記物体の位置情報を算出する位置情報算出工程と；を含む位置検出方法である。ここで、「所定の対称性」とは、複数の領域間における領域間対称性及び注目する領域内における領域内対称性を含む概念である。また、「物体の位置情報」とは、観察視野内における物体の１次元又は２次元位置情報（観察視野内の方向の位置情報）や、観察のために例えば結像光学系を用いた場合における当該結像光学系の光軸方向の位置情報（フォーカス／デフォーカス位置情報）といった、観察視野と交差する方向の位置をいう。
これによれば、観察工程で得られた物体の観察結果に基づいて、領域一致度算出工程において、物体の観察座標系上で所定の相互位置関係を有する複数の領域を移動させつつ、当該複数の領域のうちの少なくとも１つの観察結果について、所定の対称性を考慮した領域一致度を算出する。そして、位置情報算出工程において、観察座標系上の移動位置と領域一致度との関係を求め、その関係に基づいて、例えば領域一致度が最大となる当該少なくとも１つの領域の観察座標系の位置を求めることにより、物体の位置情報を求める。したがって、観察結果が特定の位置関係になったとき、領域一致度が所定の値（例えば、最大値）となるように予め定めておくことにより、テンプレート等を用いることなく、精度良く物体の位置情報を検出することができる。また、一致度算出対象が観察領域の一部のみなので、迅速に物体の位置情報を検出することができる。
本発明の位置検出方法では、前記観察工程において前記物体に形成されたマークを観察し、前記位置情報算出工程において前記マークの位置情報を算出することができる。かかる場合には、簡易かつ精度良く位置情報を求めることが可能な位置検出用マーク（例えば、ライン・アンド・スペースマーク等）を物体に形成しておくことにより、当該マークの位置情報ひいては物体の位置情報を精度良く検出することができる。
なお、前記複数の領域は、前記マークの形状に応じて定められる。例えば、マーク構造の特徴的な対称性に応じて、複数の領域を選択して相対位置関係を定め、当該特徴的な対称性を考慮した観測結果の領域間一致度を調べることにより、マークの位置情報を検出することができる。
本発明の位置検出方法では、前記領域一致度を、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１対の観察結果について、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度とすることができる。ここで、「所定の領域間対称性」とは、例えば、複数の領域が１次元領域である場合には並進対称性、鏡映対称性、拡大縮小対称性等をいい、また、複数の領域が２次元領域である場合には並進対称性、回転対称性、鏡映対称性、拡大縮小対称性等をいう。
ここで、前記複数の領域の数を３以上とし、前記領域一致度算出工程において、前記複数の領域から選択された複数の領域対それぞれにおける前記領域間一致度を算出することとすることができる。かかる場合には、複数の領域対について領域間一致度を算出するので、１つの領域対について領域間一致度を算出したときにおける、本来の領域間一致度からのノイズ等の影響による偶発的な領域間一致度の増減を認識することができる。例えば、各領域対における領域間一致度の積や平均を求めることにより、ノイズ等の影響を低減しつつ、複数の領域における全体としての領域間一致度を求めることができる。
また、前記領域一致度算出工程が、前記領域間一致度の算出対象となる一の領域の観察結果を、他の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換工程と；前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果とに基づいて、前記領域間一致度を算出する領域間一致度算出工程と；を含むことができる。かかる場合には、領域間で予め定められた対称性に応じた座標変換演算のための手段を用意しておくことにより、簡易かつ迅速に領域間一致度を算出することができる。
この場合、前記領域間一致度の算出を、前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果との正規化相関係数を算出することによって行うことができる。かかる場合には、正規化相関係数というパターンの一致度を精度良く反映した値を算出するので、領域間一致度を精度良く算出することができる。なお、正規化相関係数が大きいほど領域間一致度が高いということになる。
また、前記領域間一致度の算出を、前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果との差を算出することによって行うことができる。ここで、領域間における観察結果の差とは、各領域において互いに対応する点における観察結果の差の絶対値の総和をいう。かかる場合には、領域間の観測結果の差という演算が非常に簡単であり、かつ、一致度を直接的に反映した値を算出して解析するので、簡易かつ迅速に領域間一致度を算出することができる。なお、領域間の観測結果の差が小さいほど領域間一致度が高いということになる。
また、前記領域間一致度の算出を、前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果とで、互いに対応する点における前記観察結果の分散値及び標準偏差の少なくとも一方を算出することによって行うことができる。かかる場合には、領域間において互いに対応する点における観察結果の分散値及び標準偏差の算出という簡単な演算を行い、それらの総和を解析することによって簡易かつ迅速に領域間一致度を算出することができる。こうした分散値や標準偏差を用いる方法では、３つ以上の領域間の一致度であっても一度に計算できるので、使い勝手よく、一致度を求めることができる。なお、領域間の分散値又は標準偏差が小さいほど領域間一致度が高いということになる。
また、前記領域一致度算出工程において、前記複数の領域間の相対位置関係を変化させずに、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行うこととすることができる。かかる方法は、例えば、物体に形成された所定形状のマークの位置情報の検出のように、位置情報の検出対象の観察結果が固定的な場合に用いられる。
また、前記領域一致度算出工程において、前記複数の領域間の相対位置関係が変化するように、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行うこととすることができる。かかる方法は、位置情報の検出対象の観察結果が変化する場合に用いられる。また、前述したデフォーカス量の検出のように、所定方向に隔たっている２つの像パターンの距離を測定するような場合には、前記領域一致度算出工程において、前記２つの領域間の相対距離が変化するように、前記２つの領域を所定の軸方向に沿って互いに反対向きに移動させることとすることができる。
また、前記領域一致度算出工程において、前記複数の領域の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度を更に算出し、前記位置情報算出工程において、前記領域間一致度及び前記領域内一致度に基づいて前記物体の位置情報を求めることとすることも可能である。かかる場合には、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度だけによっては精度良く位置情報検出ができない場合であっても、当該領域間一致度と所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度とを総合して判断することにより、精度良く物体の位置情報を検出することができる。
また、本発明の位置検出方法では、前記領域一致度を、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度とすることができる。ここで、「所定の領域内対称性」とは、例えば、領域が１次元領域である場合には鏡映対称性等をいい、また、領域が２次元領域である場合には回転対称性、鏡映対称性等をいう。なお、本明細書では、領域が１次元領域である場合における鏡映対称性、並びに領域が２次元領域である場合における１８０°回転対称性及び鏡映対称性をまとめて「反転対称性」と呼ぶものとする。
ここで、上述の領域間対称性を使用する場合と同様に、前記領域一致度算出工程が、前記領域内一致度の算出対象となる領域の観察結果を、前記所定の領域内対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換を行う座標変換工程と；前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果とに基づいて、前記領域内一致度を算出する領域内一致度算出工程と；を含むことができる。
また、前記領域内一致度の算出を、（ａ）前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果との正規化相関係数を算出することによって行う、（ｂ）前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果との差を算出することによって行う、又は（ｃ）前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果とで、互いに対応する点における前記観察結果の分散値総和である総分散及び前記総分散に基づく標準偏差の少なくとも一方を算出することによって行うことが可能である。
また、前記領域一致ど算出工程において、前記領域内一致度の算出対象となる領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域内一致度の算出を行うことができる。かかる場合において、前記領域内一致度の算出対象は２以上の領域であるときには、上述の領域間対称性を使用する場合と同様に、前記観察座標系内における移動を、（ａ）前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させずに行うことも可能であるし、また、（ｂ）前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させるように行うことも可能である。
また、本発明の位置検出方法では、前記観察工程において、観察により得られたＮ（Ｎは、２以上の自然数）次元画像信号をＭ（Ｍは、Ｎより小さな自然数）次元空間に射影することにより、前記観察結果を求めることができる。かかる場合には、領域間一致度の算出にあたって、生のＮ次元観察結果よりもデータ数が少ないＭ次元観察信号に関する演算を行えばよいので、簡易かつ迅速に物体の位置情報を検出することができる。
本発明は、第２の観点からすると、物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、前記物体を観察する観察装置と；前記物体の観察座標系上における所定の相互位置関係を有する複数の領域のうちの少なくとも１つの領域についての観察結果に関する所定の対称性を考慮した領域一致度を算出する一致度算出装置と；前記領域一致度に基づいて前記物体の位置情報を求める位置情報算出装置と；を備える位置検出装置である。
これによれば、観察装置によって得られた物体の観察結果に基づいて、一致度算出装置が、物体の観察座標系上で所定の相互位置関係を有する複数の領域を移動させつつ、当該複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１つの観察結果について、所定の対称性を考慮した領域一致度を算出する。そして、位置情報算出装置が、複数の領域の観察座標系上の移動位置と領域一致度との関係を求め、その関係に基づいて物体の位置情報を求める。すなわち、本発明の位置検出装置は、本発明の位置検出方法を使用して物体の位置情報を検出するので、精度良く物体の位置情報を検出することができる。
本発明の位置検出装置では、前記観察装置が、前記物体に形成されたマークを撮像する撮像装置を備える構成とすることができる。かかる場合には、観察結果を撮像装置によって撮像された光学像とすることができるので、簡易な構成の装置とすることができる。
本発明の位置検出装置では、前記領域一致度が、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１対の観察結果について、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度であり、前記一致度算出装置が、前記領域間一致度の算出対象となる一の領域の観察結果を、他の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換装置と；前記座標変換された一の領域の観察結果と前記他の領域の観察結果とに基づいて、前記領域間一致度を算出する算出処理装置と；を備える構成とすることができる。かかる場合には、座標変換装置が、予め定められた領域間対称性に応じた座標変換を位置の領域の観測結果に施すことによって、領域間対称性を考慮したときに一の領域と他の領域とにおいて互いに対応する点が、各領域座標系領域における同一座標位置となる。そして、算出処理装置が、各領域座標系領域の同一座標位置における観測結果を対にして処理することにより、領域間一致度を算出する。したがって、領域間一致度を簡易かつ迅速に算出することができ、迅速かつ精度良く物体の位置情報を検出することができる。
また、本発明の位置検出装置では、前記領域一致度が、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度であり、前記一致度算出装置が、前記領域内一致度の算出対象となる領域の観察結果を、前記所定の領域内対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換を行う座標変換装置と；前記座標変換前の観察結果と前記座標変換後の観察結果とに基づいて、前記領域内一致度を算出する算出処理装置と；を備える構成とすることができる。かかる場合には、座標変換装置が、予め定められた領域内対称性に応じた座標変換を一の領域の観測結果に施すことによって、領域内対称性を考慮したときに領域内において互いに対応する点が、各領域座標系領域における同一座標位置となる。そして、算出処理装置が、各領域座標系領域の同一座標位置における観測結果を対にして処理することにより、領域内一致度を算出する。したがって、領域内一致度を簡易かつ迅速に算出することができ、迅速かつ精度良く物体の位置情報を検出することができる。
本発明は、第３の観点からすると、所定のパターンを基板上の区画領域に転写する露光方法であって、前記基板に形成された位置検出用マークの位置を本発明の位置検出方法によって検出して、前記基板上における前記区画領域の位置情報を算出する位置算出工程と；前記位置算出工程において求められた前記区画領域の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記区画領域に前記パターンを転写する転写工程とを含む露光方法である。
これによれば、位置算出工程において、本発明の位置検出方法を使用して、基板に形成された位置検出用マークの位置を迅速かつ高精度で検出し、その検出結果に基づいて基板上の区画領域の位置情報を算出する。そして、転写工程において、区画領域の位置情報に基づいて基板の位置合わせを行いつつ、区画領域にパターンを転写する。したがって、所定のパターンを精度良く区画領域に転写することができる。
本発明は、第４の観点からすると、所定のパターンを基板上の区画領域に転写する露光装置であって、前記基板を移動面に沿って移動させるステージ装置と；前記ステージ装置に搭載された前記基板上のマークの位置を検出する本発明の位置検出装置とを備える露光装置である。これによれば、本発明の位置検出装置により、基板上のマークの位置ひいては基板の位置を精度良く検出することができる。したがって、ステージ装置が、精度良く求められた基板の位置に基づいて基板を移動させることができる。この結果、精度良く、所定のパターンを基板上の区画領域に転写することができる。
本発明は、第５の観点からすると、物体の位置情報を検出する位置検出装置が実行する制御プリグラムであって、前記物体の観察座標系上における所定の相互位置関係を有する複数の領域のうちの少なくとも１つの領域についての観察結果に関する所定の対称性を考慮した領域一致度を算出させる手順と；前記領域一致度に基づいて前記物体の位置情報を求めさせる手順と；を備える制御プログラムである。
これによれば、位置検出装置が制御プログラムを実行することにより、本発明の位置検出方法により物体の位置情報を検出することができる。したがって、テンプレート等を用いることなく、精度良く物体の位置情報を検出することができる。また、一致度算出対象が観察領域の一部のみなので、迅速に物体の位置情報を検出することができる。
本発明制御プログラムでは、前記領域一致度を算出させる際には、前記物体に形成されたマークの観察結果に関する前記所定の対称性を考慮した領域一致度を算出させ、前記物体の位置情報を求めさせる際には、前記マークの位置情報を求めさせることができる。かかる場合には、簡易かつ精度良く位置情報を求めることが可能な位置検出用マークを物体に形成しておくことにより、当該マークの位置情報ひいては物体の位置情報を精度良く検出することができる。
ここで、前記複数の領域を、前記マークの形状に応じて定めることができる。
また、本発明の制御プログラムでは、前記領域一致度を、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１対の観察結果について、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度とすることができる。
ここで、所定の領域間対称性に応じて、前記領域間一致度を算出させる際に、（ａ）前記複数の領域間の相対位置関係を変化させずに、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行わせることもできるし、また、（ｂ）前記複数の領域間の相対位置関係が変化するように、前記複数の領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域間一致度の算出を行わせることもできる。
また、本発明の制御プログラムでは、前記領域一致度を、前記複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１つの観察結果について、所定の領域内対称性を考慮した領域内一致度とすることができる。
ここで、前記領域一致度を算出させる際に、前記領域内一致度の算出対象となる領域を前記観察座標系内で移動させつつ、前記領域内一致度の算出を行わせることができる。
この場合、前記領域内一致度の算出対象は２以上の領域であるときには、所定の領域間対称性に応じて、前記観察座標系内における移動を、（ａ）前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させずに行わせることもできるし、また、（ｂ）前記領域内一致度の算出対象である２以上の領域間の位置関係を変化させるように行わせることもできる。
また、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を使用して露光を行うことにより、基板上に複数層の微細なパターンを重ね合せ精度良く形成することができる。これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができ、その生産性を向上させることができる。したがって、本発明は、別の観点からすると、本発明の露光方法を使用するデバイス製造方法であるとも言える。
発明を実施するための最良の形態
《第１の実施形態》
以下、本発明の露光装置の第１の実施形態を、図１〜図１９を参照して説明する。
図１には、本発明の第１の実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、照明系１０、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板（物体）としてのウエハＷが搭載されるステージ装置としてのウエハステージＷＳＴ、観察装置（撮像装置）としてのアライメント顕微鏡ＡＳ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御するステージ制御系１９、並びに装置全体を統括制御する主制御系２０等を備えている。
前記照明系１０は、光源、フライアイレンズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２４３３号公報に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記の公報における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。この照明系１０では、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータから成る不図示のレチクルステージ駆動部によって、レチクルＲの位置決めのため、照明系１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。さらに、本実施形態では上記磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータはＸ駆動用コイル、Ｙ駆動用コイルの他にＺ駆動用コイルを含んでいるため、Ｚ方向にも微小駆動可能となっている。
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）ＲＰＶはステージ制御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御系２０は、この位置情報（又は速度情報）ＲＰＶに基づき、ステージ制御系１９及びレチクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
レチクルＲの上方には、レチクルアライメント系２２が配置されている。レチクルアライメント系２２は、ここでは図示を省略したが、それぞれ露光光ＩＬと同じ波長の照明光にて検出対象のマークを照明するための落射照明系と、その検出対象のマークの像を撮像するためのアライメント顕微鏡とを含んで構成されている。アライメント顕微鏡は結像光学系と撮像素子とを含んでおり、アライメント顕微鏡による撮像結果は主制御系２０に供給されている。この場合、レチクルＲからの検出光をレチクルアライメント系２２に導くための不図示の偏向ミラーが移動自在に配置されている。そして、露光シーケンスが開始されると、主制御系２０からの指令により、不図示の駆動装置により偏向ミラーはそれぞれレチクルアライメント系２２と一体的に露光光ＩＬの光路外に退避される。なお、レチクル上方には、レチクルアライメント系が一対配置されるが、図１では、これが代表的に１つのレチクルアライメント系２２で示されている。
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／５、又は１／４）を有する屈折光学系が使用されている。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエハホルダ２５は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動可能に構成されている。また、このウエハホルダ２５は光軸ＡＸ回りの微小回転動作も可能になっている。
ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることができるように、走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）にも移動可能に構成されている。そして、ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次のショットの露光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。このウエハステージＷＳＴはモータ等を含むウエハステージ駆動部２４によりＸＹ２次元方向に駆動される。
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置はウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）ＷＰＶはステージ制御系１９を介して主制御系２０に送られる。主制御系２０は、この位置情報（又は速度情報）ＷＰＶに基づき、ステージ制御系１９及びウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。
また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの近傍には、基準マーク板ＦＭが固定されている。この基準マーク板ＦＭの表面は、ウエハＷの表面と同じ高さに設定されている。基準マーク板ＦＭの表面にはレチクルアライメント用の一対の第１基準マーク及びベースライン計測用の第２基準マークを含む様々なアライメント用の基準マークが形成されている。
前記アライメント顕微鏡ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置された、オフアクシス方式のアライメントセンサである。このアライメント顕微鏡ＡＳは、図２に示されるように、光源６１、照明光学系６２、第１結像光学系７０、マーク観察用のＣＣＤ等から成る撮像素子７４、遮光板７５、第２結像光学系７６、及び合焦用のＣＣＤ等から成る撮像素子８１を備えている。こうしたアライメント顕微鏡ＡＳの構成は、特開平１０−２２３５１７号公報に記載されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記の公報における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
前記光源６１は、ハロゲンランプ等の広帯域波長の光束を発生する光源である。この光源６１は、後述するマーク観察動作及び合焦動作に共用される。
前記照明光学系６２は、コンデンサレンズ６３、視野絞り６４、照明リレーレンズ６６、ビームスプリッタ６８、及び第１対物レンズ６９を有しており、光源６１が射出した光でウエハＷを照明する。前記視野絞り６４は、図３Ａに示されるように、中心部分に正方形状の主開口ＳＬ０を有するとともに、主開口ＳＬ０のＺ軸方向の両側にそれぞれ細長い矩形スリット状の副開口ＳＬ１，ＳＬ２を有している。
図２に戻り、光源６１から射出された光は、コンデンサレンズ６３を介して視野絞り６４に照射される。こうして視野絞り６４に到達した光の内、主開口ＳＬ０又は副開口ＳＬ１，ＳＬ２に到達した光は視野絞りを透過し、その他の光は遮光される。視野絞り６４を透過した光は、照射リレーレンズ６６を介した後、ビームスプリッタ６８に到達する。ビームスプリッタ６８に到達した光は、その一部が紙面下方に反射され、他の光はビームスプリッタ６８を透過する。なお、アライメント顕微鏡ＡＳでは、後述するマーク観察動作及び合焦動作において、この段階においてビームスプリッタ６８で反射された光のみを使用するので、以下、ビームスプリッタ６８で反射された光に注目して説明する。
ビームスプリッタ６８によって反射された光は、第１対物レンズ６９を介し、照明リレーレンズ６６、ビームスプリッタ６８、及び第１対物レンズ６９から成る結像光学系に関して視野絞り６４と共役な位置にある不図示の予定焦点面に視野絞り６４の像を結像するように進行してウエハＷの表面を照明する。この結果、ウエハＷ表面が予定焦点面と一致又はほぼ一致しているときには、ウエハＷ表面は主開口ＳＬ０及び副開口ＳＬ１，ＳＬ２の形状と共役又はほぼ共役な形状の領域が照明される。
前記第１結像光学系７０は、第１対物レンズ６９、ビームスプリッタ６８、第２対物レンズ７１、及びビームスプリッタ７２が＋Ｚ方向（鉛直上方）に沿って順次並べられて構成されている。
上記の光源６１から射出され、照明光学系６２を介してウエハＷに照射され、ウエハＷ表面で反射された光は、第１対物レンズ６９を介して、ビームスプリッタ６８に到達する。ビームスプリッタ６８に到達した光は、その一部が紙面右方に反射され、他の光はビームスプリッタ６８を透過する。なお、アライメント顕微鏡ＡＳでは、後述するマーク観察動作及び合焦動作において、この段階においてビームスプリッタ６８を透過した光のみを使用するので、以下、ビームスプリッタ６８を透過した光に注目して説明する。
ビームスプリッタ６８を透過し、＋Ｚ方向に進行した光は、第２対物レンズ７１を介した後、ビームスプリッタ７２に到達する。ビームスプリッタ７２に到達した光は、その一部が紙面左方に反射され、他の光はビームスプリッタ７２を透過する。ビームスプリッタ７２で反射された光は、第１結像光学系７０に関して上述の予定焦点面の共役位置に配置された後述する撮像素子７４の受光面にウエハＷの表面の照明領域の像を結ぶ。一方、ビームスプリッタ７２を透過した光は、第１結像光学系７０に関して上述の予定焦点面の共役位置に配置された後述する遮光板７５の位置にウエハＷの表面の照明領域の像を結ぶ。
前記撮像素子７４は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を有する撮像素子であり、その受光面は、ＸＺ平面とほぼ平行とされており、視野絞り６４の主開口ＳＬ０に応じたウエハＷの照明領域で反射された光のみを受光する形状となっている。そして、撮像素子７４は、その受光面に結像された開口ＳＬ０に応じたウエハＷの照明領域の像を撮像し、撮像結果を第１撮像データＩＭＤ１として主制御系２０に供給する。
前記遮光板７５は、図３Ｂに示されるように、Ｙ軸方向に離間し、視野絞り６４の副開口ＳＬ１，ＳＬ２に応じたウエハＷの照明領域で反射された光のみを透過するスリット状の開口ＳＬＬ，ＳＬＲを有している。このため、第１結像光学系７０を介して遮光板７５に到達した光の内、副開口ＳＬ１，ＳＬ２に応じたウエハＷの照明領域で反射された光のみが、遮光板７５を透過し、２光束となって＋Ｚ方向に進行する。
前記第２結像光学系７６は、第１リレーレンズ７７、瞳分割用反射部材７８、第２リレーレンズ７９、及び円柱レンズ８０から構成されている。ここで、瞳分割用反射部材７８は、ＹＺ平面に直交し、反射面に仕上げられた２面が１８０°に近い鈍角の山型に交差するように形成されたプリズム状の光学部材である。なお、瞳分割用反射部材７９に代えて、瞳分割用透過部材を使用することも可能である。また、円柱レンズ８０は、円柱外径の母線がＺ軸とほぼ平行になるように配置されている。
上記の遮光板７５を透過して＋Ｚ方向に進行した２光束は、第１リレーレンズ７７を介した後、瞳分割用反射部材７８に到達する。このとき、遮光板７５の開口ＳＬＬ，ＳＬＲを透過した２光束は共に、瞳分割用反射部材７８の２つの反射面の双方に入射する。この結果、遮光板７５の開口ＳＬＬ，ＳＬＲを透過した２光束は、それぞれ瞳分割用反射部材７８によって２光束に分割される。こうして、瞳分割用反射部材７８からは、４光束が紙面右方へ進行する。これらの４光束は、第２リレーレンズ７９及び円柱レンズ８０を介した後、第２結像光学系に関して上記の遮光板７５と共役な位置に配置された撮像素子８１の受光面において、開口ＳＬＬ又は開口ＳＬＲに応じた像を結ぶ。すなわち、開口ＳＬＬを透過した光に由来する２光束は開口ＳＬＬに応じた像を結び、開口ＳＬＲを透過した光に由来する２光束は開口ＳＬＲに応じた像を結ぶ。
前記撮像素子８１は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を有する撮像素子であり、その受光面は、ＸＺ平面とほぼ平行とされている。そして、撮像素子８１は、その受光面に結像された開口ＳＬＬ，ＳＬＲに応じた像を撮像し、撮像結果を第２撮像データＩＭＤ２としてステージ制御系１９に供給する。
前記ステージ制御系１９は、図４に示されるように、ステージ制御装置３０Ａと記憶装置４０Ａとを備えている。
前記ステージ制御装置３０Ａは、（ａ）ステージ制御データＳＣＤの供給による主制御系２０の制御のもとで、レチクル干渉計１６及びウエハ干渉計１８から供給された位置情報ＲＰＶ，ＷＰＶを主制御系２０へ供給するとともに、位置情報ＲＰＶ，ＷＰＶ等に基づいて、レチクルステージ制御信号ＲＣＤ及びウエハステージ制御信号ＷＣＤを出力し、レチクルＲ及びウエハＷの位置及び姿勢を調整する制御装置３９Ａを有している。また、ステージ制御装置３０Ａは、（ｂ）アライメント顕微鏡ＡＳから送られてきた第２撮像データＩＭＤ２を収集する撮像データ収集装置３１Ａと、（ｃ）収集された第２撮像データＩＭＤ２に基づいて、撮像領域中の２つの領域を移動させつつ、領域間一致度を算出する一致度算出装置３２Ａと、（ｄ）一致度算出装置３２Ａによって算出された領域間一致度に基づいて、ウエハＷのデフォーカス量（フォーカス位置からのＺ方向誤差）を求めるＺ位置情報算出装置３５Ａとを有している。ここで、一致度算出装置３２Ａは、（ｉ）領域間一致度の算出対象となる一方の領域の撮像結果を、他方の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換装置３３Ａと、（ｉｉ）座標変換された一方の領域の撮像結果と他の領域の観察結果とに基づいて、領域間一致度を算出する算出処理装置３４Ａとを有している。
前記記憶装置４０Ａは、その内部に、撮像データ格納領域４１Ａと、座標変換結果格納領域４２Ａと、領域間一致度格納領域４３Ａと、デフォーカス量格納領域４４Ａとを有している。
なお、本実施形態では、ステージ制御装置３０Ａを上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、ステージ制御装置３０Ａを計算機システムとして構成し、ステージ制御装置３０Ａを構成する上記の各装置の機能をステージ制御装置３０Ａに内蔵されたプログラムによって実現することも可能である。
前記主制御系２０は、図５に示されるように、主制御装置３０Ｂと記憶装置４０Ｂとを備えている。
前記主制御装置３０Ｂは、（ａ）ステージ制御系１９にステージ制御データＳＣＤを供給する等して露光装置１００の動作を制御する制御装置３９Ｂと、（ｂ）アライメント顕微鏡ＡＳから送られてきた第１撮像データＩＭＤ１を収集する撮像データ収集装置３１Ｂと、（ｃ）収集された第１撮像データＩＭＤ１に基づいて、撮像領域中の３つの領域を移動させつつ、３つの領域の領域間相互の領域間一致度を算出する一致度算出装置３２Ｂと、（ｄ）一致度算出装置３２Ｂによって算出された領域間一致度に基づいて、ウエハＷ上に形成された位置検出用マークのＸＹ位置を求めるマーク位置情報算出装置３５Ｂとを有している。ここで、一致度算出装置３２Ｂは、（ｉ）領域間一致度の算出対象となる一方の領域の撮像結果を、他方の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換装置３３Ｂと、（ｉｉ）座標変換された一方の領域の撮像結果と他の領域の観察結果とに基づいて、領域間一致度を算出する算出処理装置３４Ｂとを有している。
前記記憶装置４０Ｂは、その内部に、撮像データ格納領域４１Ｂと、座標変換結果格納領域４２Ｂと、領域間一致度格納領域４３Ｂと、マーク位置格納領域４４Ｂとを有している。
なお、本実施形態では、主制御装置３０Ｂを上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、上述のステージ制御系１９の場合と同様に、主制御装置３０Ｂを計算機システムとして構成し、主制御装置３０Ｂを構成する上記の各装置の機能を主制御装置３０Ｂに内蔵されたプログラムによって実現することも可能である。
また、主制御系２０やステージ制御系１９を計算機システムとして構成した場合には、主制御装置３０Ａや主制御装置３０Ｂを構成する上記の各装置の後述する機能を実現するためのプログラムの全てを予め主制御系２０やステージ制御系１９に内蔵することは、必ずしも必須ではない。
例えば、図１において点線で示されるように、主制御系２０に関しては、必要となるプログラム内容を格納した記録媒体としての記憶媒体９１ａを用意するとともに、記憶媒体９１ａからプログラム内容を読み出し可能であり、かつ、記憶媒体９１ａを着脱可能な読み取り装置９０ａを主制御系２０に接続する構成とすることができる。そして、主制御系２０が、読み取り装置９０ａに装填された記憶媒体９１ａから機能実現のために必要なプログラム内容（例えば、後述する図８、図１２、図１６、図２３のサブルーチンのプログラム内容等）を読み出して、そのプログラムを実行することとすればよい。
また、ステージ制御系１９に関しては、必要となるプログラム内容を格納した記録媒体としての記憶媒体９１ｂを用意するとともに、記憶媒体９１ｂからプログラム内容を読み出し可能であり、かつ、記憶媒体９１ｂを着脱可能な読み取り装置９０ｂを主制御系２０に接続する構成とすることができる。そして、ステージ制御系１９が、読み取り装置９０ｂに装填された記憶媒体９１ｂから機能実現のために必要なプログラム内容を読み出して、そのプログラムを実行することとすればよい。
また、主制御系２０やステージ制御系１９が接続された読み取り装置９０ａ，９０ｂに装填された記憶媒体９１ａ，９１ｂからプログラム内容を読み出して、内部にインストールする構成とすることができる。さらに、インターネット等を利用し、通信ネットワークを介して機能実現のために必要となるプログラム内容を主制御系２０やステージ制御系１９にインストールする構成とすることもできる。
なお、記憶媒体９１ａ，９１ｂとしては、磁気的に記憶するもの（磁気ディスク、磁気テープ等）、電気的に記憶するもの（ＰＲＯＭ，バッテリ・バックアップ付ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭその他の半導体メモリ等）、光磁気的に記憶するもの（光磁気ディスク等）、電気磁気的に記憶するもの（デジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）等）等、種々の記憶形態で記憶するものを採用することができる。
また、読み取り装置を１台として、接続先（主制御系２０又はステージ制御系１９）を切り替えるようにしてもよい。さらに、１台の読み取り装置を主制御系２０に接続し、記憶媒体９１ｂから読み出されたステージ制御系１９用のプログラム内容については、主制御系２０がステージ制御系１９へ転送するようにしてもよい。こうした、接続先を切り替える方法や、主制御系２０がステージ制御系１９へ転送する方法は、通信ネットワークを介してプログラム内容をインストールする場合にも適用することができる。
以上のように、機能を実現するためのプログラム内容を記憶した記憶媒体を使用したり、インストールしたりすることが可能なように構成することにより、後におけるプログラム内容の修正や、性能向上のためのバージョンアップ等を容易に行うことができるようになる。
図１に戻り、露光装置１００では、不図示の照射光学系と不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多点フォーカス検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部（図示省略）に固定されている。ここで、照射光学系は、投影光学系ＰＬの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成するための結像光束を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供給する。また、受光光学系は、結像光束のウエハＷの表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して受光する。そして、ステージ制御系１９はこの多点フォーカス検出系からのウエハ位置情報に基づいてウエハホルダ２５をＺ方向及び傾斜方向に駆動する。この多点フォーカス検出系の詳細な構成等については、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記の公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００により、ウエハＷに対して第２層目（セカンドレイヤ）以降の層の露光処理を行う際の動作について説明する。
まず、不図示のレチクルローダにより、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがロードされ、主制御系２０では、レチクルアライメント及びベースライン計測を行う。具体的には、主制御系２０では、ウエハ駆動装置２４を介してウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板ＦＭを投影光学系ＰＬの直下に位置決めする。そして、レチクルアライメント系２２を用いてレチクルＲ上のレチクル・アライメントマークと基準マーク板ＦＭ上の第１基準マークとの相対位置を検出した後、ウエハステージＷＳＴを所定量、例えばベースライン量の設計値だけＸＹ面内で移動して、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて基準マーク板ＦＭ上の第２基準マークを検出する。このとき、主制御系２０では、このとき得られるアライメント顕微鏡ＡＳの検出中心と第２基準マークの相対位置関係及び先に計測したレチクル・アライメントマークと基準マーク板ＦＭ上の第１基準マークとの相対位置と、それぞれに対応するウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて、ベースライン量を計測する。
このような準備作業の終了後、図６のフローチャートに示される動作が開始される。
まず、ステップ１０１において、主制御系２０では不図示のウエハローダの制御系にウエハＷのロードを指示する。これにより、ウエハローダによって、ウエハＷがウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ２５上にロードされる。
前提として、ＹマークＳＹＭ及び後に撮像対象となるθマークＳθＭ（図７Ａ参照）を含むサーチ・アライメントマークは、前層までの露光の際に、レチクルパターンと共にウエハＷに転写形成されているものとする。なお、サーチ・アライメントマークは、図７Ａに示されるショット領域ＳＡごとに付設されて転写形成されているが、本実施形態では、少ないマークの位置の検出によって精度良く、ウエハ・ローテーション及びウエハＷの中心位置を算出するために、図７Ａに示されるように、Ｘ方向間隔が長く、かつ、ウエハＷの中心位置からのＹ方向距離が長くなる２つのサーチ・アライメントマークをＹマークＳＹＭとθマークＳθＭとして採用しているものとする。
また、本実施形態では、サーチ・アライメントマーク、すなわちＹマークＳＹＭ及びθマークＳθＭとして、図７Ｂに示されるような、Ｙ方向に沿って、Ｘ方向に延びるラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３とスペースパターンＳＭＳ１，ＳＭＳ２，ＳＭＳ３，ＳＭＳ４とが交互に並べられたライン・アンド・スペースマークを使用しているものとする。すなわち、ラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）の−Ｙ方向側にはスペースパターンＳＭＳｍが形成されており、また、ラインパターンＳＭＬｍの＋Ｙ方向側にはスペースパターンＳＭＳｍ＋１が形成されている。なお、本実施形態では、サーチ・アライメントマークを、ラインが３本のライン・アンド・スペースマークとしているが、サーチ・アライメントマークとして採用されるライン・アンド・スペースマークにおけるライン本数は、３本に限定されるものではなく、他の本数であってもよい。また、本実施形態では、ライン間隔を異ならせたが同一のライン間隔としてもよい。
次に、ステップ１０２において、最初の位置検出対象であるＹマークＳＹＭの形成領域がアライメント顕微鏡ＡＳのマーク位置検出用の撮像素子７４の撮像領域内に入るように、ウエハＷを移動させる。かかるウエハＷの移動は、ウエハ干渉計１８によるウエハステージＷＳＴの位置情報ＷＰＶに基づいて、主制御系２０が、ステージ制御系１９及びウエハステージ駆動部２４を介して、ウエハステージＷＳＴを移動させることによって行われる。
こうしてウエハが移動し、ＹマークＳＹＭの形成領域がアライメント顕微鏡ＡＳの撮像素子７４の撮像領域内に入ると、サブルーチン１０３において、ＹマークＳＹＭの形成領域のデフォーカス量が測定される。
サブルーチン１０３では、図８に示されるように、まず、ステップ１３１において、制御装置３９Ａの制御のもとで、第２撮像データＩＭＤ２がステージ制御系１９によって収集される。かかる第２撮像データＩＭＤ２の収集にあたっては、まず、上述のアライメント顕微鏡ＡＳ内の光源６１が発光し、ウエハＷを照明する。この結果、図９に示されるように、アライメント顕微鏡ＡＳ内の視野絞り６４の開口ＳＬ０，ＳＬ１，ＳＬ２に応じたウエハＷ上の領域ＡＳＬ０，ＡＳＬ１，ＡＳＬ２が照明される。なお、領域ＡＳＬ０内には、ＹマークＳＹＭが入っている。
ウエハＷ上の照明領域の中の領域ＡＳＬ１，ＡＳＬ２で反射された光は、アライメント顕微鏡ＡＳ内の第１結像光学系７０、遮光板７５、及び第２結像光学系７６を順次介した後、合焦用の撮像素子８１の受光面に結像される。こうして結像された像は、図１０Ａに示されるように、ウエハ座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に共役な方向を撮像素子８１の受光面におけるＸＦ軸方向及びＹＦ軸方向としたときに、ＹＦ軸方向に沿って並んだ４つのスリット像ＩＳＬ１Ｌ，ＩＳＬ１Ｒ，ＩＳＬ２Ｌ，ＩＳＬ２Ｒとなっている。ここで、スリット像ＩＳＬ１Ｌ，ＩＳＬ２Ｒは、上述のウエハＷ上の領域ＡＳＬ１で反射された光が、瞳分割反射部材７８によって分割された２光束それぞれの結像結果であり、ＹＦ方向幅ＷＦ１を有する。また、スリット像ＩＳＬ２Ｌ，ＩＳＬ２Ｒは、ウエハＷ上の領域ＡＳＬ１で反射された光が、瞳分割反射部材７８によって分割された２光束それぞれの結像結果であり、ＹＦ方向幅ＷＦ２を有する。なお、本実施形態では、ＹＦ方向幅ＷＦ１とＹＦ方向幅ＷＦ２とは同一となっている。
そして、スリット像ＩＳＬ１Ｌ及びスリット像ＩＳＬ１Ｒは、ＹＦ位置ＹＦ１０を通るＸＦ軸と平行な軸に対して鏡映対称な位置に結像され、それらのＹＦ軸方向中心間の距離ＤＷ１（以下、「像ピッチＤＷ１」という）は、ウエハＷの対応する照射領域のデフォーカス量によって変化する。また、スリット像ＩＳＬ２Ｌ及びスリット像ＩＳＬ２Ｒは、ＹＦ位置ＹＦ２０を通るＸＦ軸と平行な軸に対して鏡映対称な位置に結像され、それらのＹＦ軸方向中心間の距離ＤＷ２（以下、「像ピッチＤＷ２」という）は、ウエハＷの対応する照射領域のデフォーカス量によって変化する。したがって、像ピッチＤＷ１及び像ピッチＤＷ２は、デフォーカス量ＤＦの関数であり、像ピッチＤＷ１（ＤＦ）及び像ピッチＤＷ２（ＤＦ）と表される。ここで、ＹＦ位置ＹＦ１０，ＹＦ２０及びＹＦ方向幅ＷＦ１，ＷＦ２は、既知であるものとする。
なお、デフォーカス量ＤＦと像ピッチＤＷ１（ＤＦ）及び像ピッチＤＷ２（ＤＦ）との関係は、デフォーカス量ＤＦ＝０の近傍で、例えば図１０Ｂにデフォーカス量ＤＦと像ピッチＤＷ１（ＤＦ）との関係が代表的に示されるような１対１の関係であり、事前の計測などにより既知であるものとする。なお、図１０Ｂには、フォーカス状態における像ピッチＤＷ１（０）がＤＷ１０として示されている。
図８に戻り、次に、ステップ１３２において、一致度算出装置３２Ａの座標変換装置３３Ａが、撮像データ格納領域４１Ａから撮像データを読み出す。そして、スリット像ＩＳＬ１Ｌ，ＩＳＬ１Ｒ，ＩＳＬ２Ｌ，ＩＳＬ２ＲのＸＦ方向の中心付近における複数本（例えば、５０本）のＹＦ方向走査線上の強度分布平均を求めることによりホワイトノイズを相殺し、平均的なＹ方向に関する信号強度分布すなわち信号波形ＩＦ（ＹＦ）を抽出する。こうして求められた信号波形ＩＦ（ＹＦ）のスリット像ＩＳＬ１Ｌ，ＩＳＬ１Ｒ付近の例が、図１１Ａに示されている。
この図１１Ａに示されるように、信号波形ＩＦ（ＹＦ）はスリット像ＩＳＬ１Ｌ，ＩＳＬ１Ｒに応じた２つのピークＦＰＫＬ，ＦＰＫＲを有しており、Ｙ位置ＹＦ１０に対して鏡映対称な形状を有している。また、ピークＦＰＫＬは、ピークＦＰＫＬの中心点ＹＦ１Ｌ（＝ＹＦ１０−ＤＷ１／２）に鏡映対称な形状を有しており、ピークＦＰＫＲは、ピークＦＰＫＲの中心点ＹＦ１Ｒ（＝ＹＦ１０＋ＤＷ１／２）に鏡映対称な形状を有している。この結果、ピークＦＰＫＬの形状とピークＦＰＫＲの形状とは、移動距離（ＹＦ１Ｒ−ＹＦ１Ｌ）の並進対称性を有している。
図８に戻り、次いで、サブルーチン１３３において、ウエハＷ上の領域ＡＳＬ１のデフォーカス量ＤＦ１が検出される。
このサブルーチン１３３では、図１２に示されるように、ステップ１４１において、座標変換装置３３Ａが、図１１Ｂに示されるような２つの１次元領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒを定義する。ここで、１次元領域ＦＤ１Ｌと１次元領域ＦＤ１Ｒとは、ＹＦ位置ＹＦ１０に対して鏡映対称となっており、それぞれがＹＦ方向幅ＷＷ１（≧ＷＦ１）を有している。また、１次元領域ＦＤ１ＬのＹＦ方向中心位置と１次元領域ＦＤ１ＲのＹＦ方向中心位置との距離ＬＷ１（以下、「領域ピッチＬＷ１」という）が可変パラメータとされている。
引き続き、座標変換装置３３Ａが、１次元領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒの走査の初期位置と終了位置とを決定し、１次元領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒを初期位置に設定する。なお、１次元領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒの初期位置の設定にあたっては、初期領域ピッチを零とすることも可能であるが、初期領域ピッチを、デフォーカス量ＤＦの計測直前の状態で設計上予想されるデフォーカス量範囲に応じた像ピッチＤＷ１の範囲の最小よりも僅かに小さな値にすることが、デフォーカス量ＤＦの計測の迅速性の観点からは望ましい。また、終了位置の設定にあたっては、終了領域ピッチを十分に大きく設定すればよいが、終了領域ピッチを、デフォーカス量ＤＦの計測直前の状態で設計上予想されるデフォーカス量範囲に応じた像ピッチＤＷ１の範囲の最大値よりも僅かに大きな値にすることが、デフォーカス量ＤＦの計測の迅速性の観点からは望ましい。
ここで、ステップ１４２以降で実行されるウエハＷ上の領域ＡＳＬ１のデフォーカス量ＤＦ１検出の原理について簡単に説明する。
本実施形態におけるデフォーカス量ＤＦ１の検出では、まず、像ピッチＤＷ１を検出する。かかる像ピッチＤＷ１の検出は、１次元領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒを、初期位置から終了位置まで、ＹＦ位置ＹＦ１０に対して鏡映対称性を維持しつつ走査する（図１３Ａ〜図１３Ｃ参照）。ここで、ＹＦ位置ＹＦ１０に対して鏡映対称性を維持しつつ、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒを走査するのは、走査中に必ず領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１に一致する（図１３Ｂ参照）ことがあり、そのときに、信号波形ＩＦ（ＤＦ）が元々有していた、ピークＦＰＫＬの形状とピークＦＰＫＲの形状とに関する、ＹＦ位置ＹＦ１０を中心とする鏡映対称性、並進対称性、並びにピークＦＰＫＬの形状及びピークＦＰＫＲの形状それぞれに関する鏡映対称性と同様の対称性が、各走査位置における領域ＦＤ１Ｌ及び領域ＦＤ１Ｒ内の信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）及びＩＦＲ（ＹＦ）に関して成立するからである。
ところで、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒの走査中においては、図１３Ａ〜図１３Ｃに示されるように、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）及び信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）が変化していくが、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）と信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）との鏡映対称性は、一貫して維持されている。したがって、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒを鏡映対称に走査しつつ、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）と信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）との鏡映対称性を調査しても、領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１に一致したこと（図１３Ｂの状態）を検出することはできない。
これに対して、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）と信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）との並進対称性は、領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１に一致したときに最も良くなるという性質を有している。また、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）における鏡映対称性、及び信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）における鏡映対称性も、領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１に一致したときにそれぞれ最も良くなるという性質を有している。しかし、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）及び信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）それぞれの鏡映対称性という１つの領域内における折り返し対称性は、前述のように、本来の位置以外でも高い対称性を示すことがしばしばある。
そこで、本実施形態では、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒを走査しつつ、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）と信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）との並進対称性を調べることにより、像ピッチＤＷ１を検出することにしている。そして、像ピッチＤＷ１に基づいて、デフォーカス量ＤＦ１を検出することにしている。
具体的には、以下のようにして、像ピッチＤＷ１及びデフォーカス量ＤＦ１を検出している。
すなわち、図１２に戻り、ステップ１４１に引き続き、ステップ１４２において、座標変換装置３３Ａが、信号波形ＩＦ（ＹＦ）から、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒ内の信号波形ＩＦＬ（ＹＦ），ＩＦＲ（ＹＦ）を切り出す。ここで、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）は、
0003932039.tif 000002
であり、信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）は、
0003932039.tif 000003
である。
そして、座標変換装置３３Ａは、信号波形ＩＦＲ（ＹＦ）について、−ＹＦ方向へ距離ＬＷ１の平行移動の座標変換を行った変換信号波形ＴＩＦＲ（ＹＦ’（＝ＹＦ−ＬＷ１））を、
0003932039.tif 000004
を算出して求める。この結果、信号波形ＴＩＦＲ（ＹＦ’）の定義域は、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）の定義域と一致することになる。
座標変換装置３３Ａは、以上のようにして求めた信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）及び信号波形ＴＩＦＲ（ＹＦ’）を座標変換結果格納領域４２Ａに格納する。
次に、ステップ１４３において、算出処理装置３４Ａは、座標変換結果格納領域４２Ａから信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）及び信号波形ＴＩＦＲ（ＹＦ’）を読み出して、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒ間における信号波形ＩＦＬ（ＹＦ），ＩＦＲ（ＹＦ）の一致度として、信号波形ＩＦＬ（ＹＦ）と信号波形ＴＩＦＲ（ＹＦ’）との正規化相関係数ＮＣＦ１（ＬＷ１）を算出する。そして、算出処理装置３４Ａは、正規化相関係数ＮＣＦ１（ＬＷ１）を領域間一致度として領域間ピッチＬＷ１とともに一致度格納領域４３Ａに格納する。
次いで、ステップ１４４において、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒが走査終了位置となったか否かが判定される。この段階では、初期位置についてのみ領域間一致度を算出したのみなので、ステップ１４４の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１４５に移行する。
ステップ１４５では、座標変換装置３３Ａが、デフォーカス量計測に関する所望の分解能に応じた単位ピッチΔＬとして、ＬＷ１←ＬＷ１＋ΔＬを行うことにより、領域ピッチＬＷ１を更新する。引き続き、座標変換装置３３Ａは、更新された領域ピッチＬＷ１に応じた位置に領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒを移動させる。そして、上記の初期位置の場合と同様にして、ステップ１４２，１４３を実行して領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）を算出し、領域ピッチＬＷ１の現在値とともに一致度格納領域４３Ａに格納する。
以下、ステップ１４４において肯定的な判定がなされるまで、上記と同様にして、ステップ１４５において領域ピッチＬＷ１を単位ピッチΔＬずつ増加させるたびに、ステップ１４２，１４３を実行して領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）を算出し、領域ピッチＬＷ１の現在値とともに一致度格納領域４３Ａに格納する。かかる領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒの走査中における、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒの走査位置と信号波形ＩＦ（ＹＦ）との関係の例が、図１３Ａ〜図１３Ｃに示されている。なお、図１３Ａには、領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１よりも小さい（ＬＷ１＜ＤＷ１）場合の例が示され、図１３Ｂには、領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１と一致する（ＬＷ１＝ＤＷ１）場合の例が示され、また、図１３Ｃには、領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１よりも大きい（ＬＷ１＞ＤＷ１）場合の例が示されている。
図１２に戻り、領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒが走査の終了位置に到達し、ステップ１４４において肯定的な判定がなされると、処理はステップ１４６に移行する。
ステップ１４６では、Ｚ位置情報算出装置３５Ａが、一致度格納領域４３Ａから領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）及びこれに対応する領域ピッチＬＷ１を読み出し、領域ピッチＬＷ１の変化に応じた領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）の変化との関係を調べる。かかる領域ピッチＬＷ１と領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）との関係の例が図１４に示されている。この図１４に示されるように、領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）は、領域ピッチＬＷ１が像ピッチＤＷ１に一致するときに最大値となる。そこで、Ｚ位置情報算出装置３５Ａは、領域ピッチＬＷ１の変化に関する領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）の変化波形を解析して、領域間一致度ＮＣＦ１（ＬＷ１）が最大となる領域ピッチＬＷ１を抽出し、その抽出された領域ピッチＬＷ１の値を像ピッチＤＷ１として検出する。
引き続き、Ｚ位置情報算出装置３５Ａは、検出された像ピッチＤＷ１と、前述した図１０Ｂに示されたデフォーカス量ＤＦと像ピッチＤＷ１（ＤＦ）との関係とに基づいて、ウエハＷ上の領域ＡＳＬ１におけるデフォーカス量ＤＦ１を求める。そして、Ｚ位置情報算出装置３５Ａは、デフォーカス量ＤＦ１をデフォーカス量格納領域４４Ａに格納する。
図１２に戻り、以上の様にして、ウエハＷ上の領域ＡＳＬ１におけるデフォーカス量ＤＦ１の計測が終了すると、サブルーチン１３３の処理を終了する。そして、処理が、図８のサブルーチン１３４に移行する。
サブルーチン１３４では、ウエハＷ上の領域ＡＳＬ２におけるデフォーカス量ＤＦ２に関して、上記のウエハＷ上の領域ＡＳＬ１におけるデフォーカス量ＤＦ１の算出に関するサブルーチン１３３の処理と同様の処理が行われる。そして、ウエハＷ上の領域ＡＳＬ２におけるデフォーカス量ＤＦ２が算出され、デフォーカス量格納領域４４Ａに格納される。
こうして、デフォーカス量ＤＦ１，ＤＦ２が求められると、サブルーチン１０３の処理が終了する。そして、処理が、図６のメインルーチンのステップ１０４に移行する。
ステップ１０４では、制御装置３９Ａが、デフォーカス量格納領域４４Ａからデフォーカス量ＤＦ１，ＤＦ２を読み出す。引き続き、制御装置３９Ａは、デフォーカス量ＤＦ１，ＤＦ２に基づいて、ウエハＷの領域ＡＳＬ０をフォーカス状態とするような、ウエハＷのＺ方向移動量とＸ軸回り回転量とを求める。そして、制御装置３９Ａは、求められたＺ方向移動量とＸ軸回り回転量だけウエハＷを動かす指示内容のウエハステージ制御信号ＷＣＤをウエハ駆動部２４に供給することにより、ウエハＷの位置・姿勢を制御し、ウエハＷの領域ＡＳＬ０をフォーカス状態とする合焦動作（フォーカシング）が行われる。
こうして、ＹマークＳＹＭの形成領域を含む領域ＡＳＬ０のフォーカシングが完了すると、ステップ１０５において、制御装置３９Ｂの制御のもとで、アライメント顕微鏡ＡＳの撮像素子７４が、その受光面に形成された領域ＡＳＬ０の像を撮像する。そして、撮像データ収集装置３１Ｂ、アライメント顕微鏡ＡＳから供給された第１撮像データＩＭＤ１を撮像データ格納領域４１Ｂに格納する。
なお、ウエハＷにおけるＹマークＳＹＭ及びθマークＳθＭの形成領域には、図１５ＡのＹＺ断面でＹマークＳＹＭのラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）の近傍部が代表的に示されるように、基層５１の表面にラインパターンＳＭＬｍが形成されており、ラインパターンＳＭＬｍ及びスペースパターンＳＭＳｎ（ｎ＝１〜４）を、上面がＣＭＰ等の平坦化処理によって平坦化されたレジスト層ＰＲＴが覆っているものとする。レジスト層ＰＲＴの材質は、例えばポジ型レジスト剤や化学増幅型レジストであり、高い光透過性を有している。また、基層５１の材質とラインパターンＳＭＬｍの材質とは互いに異なっており、一般に反射率や透過率が互いに異なっている。本実施形態では、ラインパターンＳＭＬｍの材質は反射率が高いものであり、かつ、基層５１の材質はラインパターンＳＭＬｍの材質よりも反射率が低いものとしている。そして、基層５１及びラインパターンＳＭＬｍの上面はほぼ平坦であるとする。なお、ラインパターンＳＭＬｍの高さが極力低くなるように、ラインパターンＳＭＬｍが形成されているものとする。
図６に戻り、次に、サブルーチン１０６において、撮像データ格納領域４１Ｂに格納された第１撮像データＩＭＤ１に含まれる信号波形からマークＳＹＭのＹ位置が算出される。
サブルーチン１０６では、図１６に示されるように、まず、ステップ１５１において、一致度算出装置３２Ｂの座標変換装置３３Ｂが、撮像データ格納領域４１Ｂに格納された第１撮像データＩＭＤ１を読み出して、信号波形ＩＰ（ＹＰ）の抽出を行う。なお、ウエハ座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に共役な方向が、撮像素子７４の受光面におけるＸＰ軸方向及びＹＰ軸方向とする。
信号波形ＩＰ（ＹＰ）の抽出では、まず、撮像領域におけるウエハＷ上のＸ方向と共役なＸＰ方向の中心付近における複数本（例えば、５０本）のＹ方向走査線上の強度分布平均を求めることによりホワイトノイズを相殺し、平均的なＹＰ方向に関する信号強度分布すなわち信号波形ＩＰ（ＹＰ）を求める。なお、本実施形態では、強度分布平均を求めた後に更に平滑化を行っている。こうして求められた信号波形ＩＰ（ＹＰ）の例が、図１５Ｂに示されている。
この図１５Ｂに示されるように、信号波形ＩＰ（ＹＰ）はラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３）それぞれに応じた３つのピークＰＰＫｍを有している。ここで、ピークＰＰＫｍは同一のピーク幅ＷＰを有する。また、ピークＰＰＫ１のＹＰ方向の中心位置ＹＰ１とピークＰＰＫ２のＹＰ方向の中心位置ＹＰ２との間の距離はＰＷ１であり、ピークＰＰＫ２のＹＰ方向の中心位置ＹＰ２とピークＰＰＫ３のＹＰ方向の中心位置ＹＰ３との間の距離はＰＷ２である。また、各ピークＰＰＫｍは、その中心位置ＹＰｍに対して鏡映対称な形状を有している。この結果、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ２の形状とは、移動距離ＰＷ１のＹＰ方向に関する並進対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、移動距離ＰＷ２のＹＰ方向に関する並進対称性を有しており、また、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、移動距離（ＰＷ１＋ＰＷ２）のＹＰ方向に関する並進対称性を有している。また、ピークＰＰＫ１の形状は位置ＹＰ１に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状は位置ＹＰ２に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ３の形状は位置ＹＰ３に対して鏡映対称性を有している。さらに、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ２の形状とは、位置ＹＰ１と位置ＹＰ２との中点位置に対して鏡映対称性を有しており、ピークＰＰＫ２の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、位置ＹＰ２と位置ＹＰ３との中点位置に対して鏡映対称性を有しており、また、ピークＰＰＫ１の形状とピークＰＰＫ３の形状とは、位置ＹＰ１と位置ＹＰ３との中点位置に対して鏡映対称性を有している。
図１６に戻り、次に、ステップ１５２において、座標変換装置３３Ａが、図１７に示されるように、Ｙ方向に順次配列された３つの１次元領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３を定義する。ここで、領域ＰＦＤｍ（ｍ＝１〜３）は、同一のＹＰ方向幅ＰＷ（＞ＷＰ）を有しており、本実施形態では、領域ＰＦＤ１のＹ方向の中心位置ＹＰＰ１が可変パラメータとなっている（なお、可変パラメータとしては、領域ＰＦＤ１のＹ方向の中心位置ＹＰＰ１に限られず、他の領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２，ＹＰＰ３を可変パラメータとしてもよい）。また、領域ＰＦＤ１の中心位置ＹＰＰ１と領域ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２との距離はＰＷ１に設定されるとともに、領域ＰＦＤ２の中心位置ＹＰＰ２と領域ＰＦＤ３の中心位置ＹＰＰ３との距離はＰＷ２に設定されている。
引き続き、座標変換装置３３Ｂが、領域ＰＦＤｍの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＤｍを初期位置に設定する。なお、領域ＰＦＤｍの初期位置の設定にあたっては、初期のパラメータ値ＹＰＰを十分に小さくすることも可能であるが、初期のパラメータ値ＹＰＰを、マークＳＹＭの撮像直前の状態で設計上予想されるピークＰＰＫ１のピーク位置ＹＰ１の範囲の最小値よりも僅かに小さな値にすることが、マークＳＹＭのＹ位置検出の迅速性の観点からは望ましい。また、走査の終了位置の設定にあたっては、最終のパラメータ値ＹＰＰを十分に大きく設定すればよいが、最終のパラメータ値ＹＰＰを、マークＳＹＭの撮像直前の状態で設計上予想されるピークＰＰＫ１のピーク位置ＹＰ１の範囲の最大値よりも僅かに大きな値にすることが、マークＳＹＭのＹ位置検出の迅速性の観点からは望ましい。
ここで、ステップ１５３以降で実行されるウエハＷ上のＹマークＳＹＭのＹ位置ＹＹ検出の原理について簡単に説明する。
本実施形態におけるＹ位置ＹＹの検出では、まず、信号波形ＩＰ（ＹＰ）のピークＰＰＫ１のＹＰ方向中心のＹＰ位置ＹＰ１を検出する。かかるＹＰ位置ＹＰ１の検出は、領域ＰＦＤｍの相互間距離を維持しつつ、初期位置から終了位置まで、領域ＰＦＤｍをＹＰ方向に走査する（図１８Ａ〜図１８Ｃ参照）。ここで、相互間距離を維持しつつ領域ＰＦＤｍを走査するのは、走査中に必ず領域ＰＦＤｍのＹＰ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹＰ方向中心位置ＹＰｍとが一致する（図１８Ｂ参照）ことがあり、そのときに、信号波形ＩＰ（ＹＰ）が元々有していた、ピークＰＰＫｍの形状に関する、並進対称性、鏡映対称性、及びピークＰＰＫｍそれぞれに関する鏡映対称性と同様の対称性が、領域ＰＦＤｍ内の信号波形ＩＰｍ（ＹＰ）に関して成立するからである。
ところで、領域ＰＦＤｍの走査中においては、図１８Ａ〜図１８Ｃに示されるように、信号波形ＩＰｍ（ＹＰ）が変化していくが、信号波形ＩＰｍ（ＹＰ）相互間の並進対称性は、一貫して維持されている。したがって、領域ＰＦＤｍを平行移動により走査しつつ、信号波形ＩＰｍ（ＹＰ）相互間の並進対称性を調査しても、領域ＰＦＤｍのＹＰ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹＰ方向中心位置ＹＰｍとが一致したこと（図１８Ｂの状態）を検出することはできない。
これに対して、信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）（ｐは、１〜３のいずれか）と信号波形ＩＰｑ（ＹＰ）（ｑは、１〜３のうちｐと異なるもののいずれか）との、領域ＰＦＤｐと領域ＰＦＤｑとのＹＰ方向に関する中央位置ＹＰ１，２に対する鏡映対称性は、領域ＰＦＤｍのＹＰ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹＰ方向中心位置ＹＰｍとが一致したときに最もよくなるという性質を有している。また、信号波形ＩＰｍ（ＹＰ）それぞれの鏡映対称性も、領域ＰＦＤｍのＹＰ方向中心位置ＹＰＰｍとピークＰＰＫｍのＹＰ方向中心位置ＹＰｍとが一致したときに最もよくなるという性質を有している。しかし、信号波形ＩＰｍ（ＹＰ）それぞれの鏡映対称性という１つの領域内における折り返し対称性は、前述のように、本来の位置以外でも高い対称性を示すことがしばしばある。
そこで、本実施形態では、領域ＰＦＤｍを走査しつつ、信号波形ＩＰｍ（ＹＰ）相互間の鏡映変換対称性を調べて、並進対称性と鏡映対称性とを複数調べることにより、マークＳＹＭの像のＹＰ位置を検出することにしている。そして、マークＳＹＭの像のＹＰ位置に基づいて、マークＳＹＭのＹ位置ＹＹを検出することにしている。
具体的には、以下のようにして、マークＳＹＭの像のＹＰ位置及びマークＳＹＭのＹ位置ＹＹを検出している。
すなわち、図１６に戻り、ステップ１５２に引き続き、ステップ１５３において、座標変換装置３３Ｂが、領域ＰＦＤｍの中の２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，１））のうちの最初の領域対（例えば、領域対（１，２））を選択する。引き続き、座標変換装置３３Ｂは、信号波形ＩＰ（ＹＰ）から、領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ内の信号波形ＩＰｐ（ＹＰ），ＩＰｑ（ＹＰ）（図１８Ａ〜図１８Ｃ参照）を切り出す。ここで、信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）は、
0003932039.tif 000005
であり、信号波形ＩＰｑ（ＹＰ）は、
0003932039.tif 000006
である。
次に、ステップ１５４において、座標変換装置３３Ｂは、信号波形ＩＰｑ（ＹＰ）について、領域ＰＦＤｐと領域ＰＦＤｑとのＹＰ方向の中央位置ＹＰＰ１ｐ，ｑ（＝（ＹＰＰｐ＋ＹＰＰｑ）／２）に対する鏡映変換の座標変換を行った変換信号ＴＩＰｑ（ＹＰ’（＝２ＹＰＰｐ，ｑ−ＹＰ））を、
0003932039.tif 000007
を算出して求める。この結果、信号波形ＴＩＰｑ（ＹＰ’）の定義域は、信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）の定義域と一致することになる。
座標変換装置３３Ｂは、以上のようにして求めた信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）及び信号波形ＴＩＰｑ（ＹＰ’）を座標変換結果格納領域４２Ｂに格納する。
次に、ステップ１５５において、算出処理装置３４Ｂは、座標変換結果格納領域４２Ｂから信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）及び信号波形ＴＩＰｑ（ＹＰ’）を読み出して、領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ間における信号波形ＩＰｐ（ＹＰ），ＩＰｑ（ＹＰ）の一致度として、信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）と信号波形ＴＩＰｑ（ＹＰ’）との正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を算出する。
次いで、ステップ１５６において、全ての領域対（ｐ，ｑ）について、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を算出したか否かが判定される。この段階では、最初の領域対について正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を算出したのみなので、ステップ１５６の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１５７に移行する。
ステップ１５７では、座標変換装置３３Ｂが、次の領域対を選択し、領域対（ｐ，ｑ）を更新する。そして、処理がステップ１５４に移行する。
以後、全ての領域対（ｐ，ｑ）について、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を算出し、ステップ１５６において肯定的な判断がなされるまで、各領域対（ｐ，ｑ）についての領域間一致度としての正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を算出する。そして、ステップ１５６において、肯定的な判定がなされると処理がステップ１５８に移行する。
ステップ１５８では、算出処理装置３４Ｂが、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を使用して、総合的な領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を、
0003932039.tif 000008
によって算出する。そして、算出処理装置３４Ｂは、領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を、ＹＰ位置パラメータ値ＹＰＰ１の現在値とともに一致度格納領域４３Ａに格納する。
次いで、ステップ１５９において、領域ＰＦＤｍが走査終了位置となったか否かが判定される。この段階では、初期位置についてのみ領域間一致度を算出したのみなので、ステップ１５９の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１６０に移行する。
ステップ１６０では、座標変換装置３３Ｂが、Ｙ位置検出に関する所望の分解能に応じた単位ピッチΔＰとして、ＹＰＰ１←ＹＰＰ１＋ΔＰを行うことにより、ＹＰ位置パラメータＹＰＰ１を更新する。引き続き、座標変換装置３３Ｂは、更新されたＹＰ位置パラメータＹＰＰ１に応じた位置に領域ＰＦＤｍを移動させる。そして、上記の初期位置の場合と同様にして、ステップ１５３〜１５８を実行して領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を算出し、ＹＰ位置パラメータＹＰＰ１の現在値とともに一致度格納領域４３Ｂに格納する。
以下、ステップ１５９において肯定的な判定がなされるまで、上記と同様にして、ステップ１６０においてＹＰ位置パラメータを単位ピッチΔＰずつ増加させるたびに、ステップ１５３〜１５８を実行して領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）を算出し、ＹＰ位置パラメータＹＰＰ１の現在値とともに一致度格納領域４３Ｂに格納する。
領域ＰＦＤｍが終了位置に到達し、ステップ１５９において肯定的な判定がなされると、処理はステップ１６１に移行する。
ステップ１６１では、マーク位置情報算出装置３５Ｂが、ウエハ干渉計１８からのウエハＷの位置情報ＷＰＶを取り込むとともに、一致度格納領域４３Ｂから領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）及びこれに対応するＹＰ位置パラメータＹＰＰ１を読み出す。引き続き、マーク位置情報算出装置４５Ｂは、ＹＰ位置パラメータＹＰＰ１の変化に応じた領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）の変化との関係を調べる。かかるＹＰ位置パラメータＹＰＰ１と領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）との関係の例が図１９に示されている。この図１９に示されるように、領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）は、ＹＰ位置パラメータＹＰＰ１がピーク位置ＹＰ１に一致するときに最大値となる。そこで、Ｚ位置情報算出装置３５Ｂは、領域ピッチＬＷ１の変化に関する領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）の変化波形を解析して、領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）が最大となるＹＰ位置パラメータＹＰＰ１を抽出することにより、ピーク位置ＹＰ１を求める。そして、マーク位置情報算出装置３５Ｂは、求められたピーク位置ＹＰ１と上述のウエハＷの位置情報ＷＰＶとに基づいて、マークＳＹＭのＹ位置ＹＹを検出する。
なお、本実施形態では、ピーク位置ＹＰ１の検出にあたって、領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）の分布が有意なピークを有し、最大値が決定できる場合には、マーク位置検出不可フラグをＯＦＦとしている。一方、領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）の分布が有意なピークを有さず、最大値が決定できない場合には、マーク位置検出不可フラグをＯＮとしている。
こうして、マークＳＹＭのＹ位置ＹＹの検出が終了すると、サブルーチン１０６の処理が終了し、メインルーチンにリターンする。
以上のようにして、サブルーチン１０６が終了すると、図６に戻り、ステップ１０７において、マークＳＹＭのＹ位置ＹＹが算出できたか否かが、マーク位置検出不可フラグが「ＯＦＦ」であるか否かによって判定される。ここで、否定的な判断がなされると、マークＳＹＭの再検出や別のマークをＹマークとしてその位置を検出する等のエラー処理が開始される。一方、肯定的な判断がなされると、処理はステップ１０８に移る。
次に、ステップ１０８〜１１２において、上述のステップ１０２〜１０６と同様にして、マークＳθＭのＹ位置Ｙθが求められる。引き続き、ステップ１１３において、マークＳθＭのＹ位置Ｙθが算出できたか否かが、マーク検出不可フラグが「ＯＦＦ」であるか否かによって判定される。ここで、否定的な判断がなされると、θマークＳθＭの再検出や別のマークをθマークとしてその位置を検出する等のエラー処理が開始される。一方、肯定的な判断がなされると、処理はステップ１２１に移る。
引き続き、ステップ１２１において、主制御系２０は、上記のＹマークＳＹＭ及びθマークＳθＭの位置検出結果ＹＹ，Ｙθに基づいて、ウエハ・ローテーションθｓを算出する。
次に、ステップ１２３において、主制御系２０は、アライメント顕微鏡ＡＳの倍率を高倍率に設定し、この状態で、上記ステップ１１１で求めたウエハ・ローテーションθｓを使用して、各サンプリング・マークがアライメント顕微鏡ＡＳの真下になる位置に、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつウエハ駆動装置２４を介してウエハステージＷＳＴを順次位置決めしつつ、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて各サンプリングマークを検出する。この際、主制御系２０では、各サンプリング・マークの検出時のアライメント顕微鏡ＡＳの計測値とそのときのウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて、各サンプリング・マークの座標位置を検出する。
引き続き、ステップ１２４において、主制御系２０は、例えば特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号に開示されるような最小自乗法を用いた統計演算を行い、ウエハＷ上の各ショット領域の配列に関するローテーションθ、Ｘ，Ｙ方向のスケーリングＳＸ，ＳＹ、直交度ＯＲＴ、Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯＸ、ＯＹの６つのパラメータを算出する。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記の公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
次いで、ステップ１２５において、主制御系２０は、上記６つのパラメータを所定の演算式に代入して、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、すなわち重ね合せ補正位置を算出する。
なお、上記のステップ１２３，１２４，１２５の処理の具体的内容は、例えば上記の特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号等に詳細に開示されており、公知であるから、詳細な説明については省略する。
その後、主制御系２０では、求めた各ショット領域の配列座標と予め計測したベースライン距離とに基づき、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置にウエハＷを順次ステッピングさせる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを走査方向に同期移動させつつレチクルパターンをウエハ上に転写する動作とを、繰り返して、ステップ・アンド・スキャン方式による露光動作を行う。これにより、ウエハＷに対する露光処理が終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、ウエハＷ上の照明領域ＡＳＬ１，ＡＳＬ２それぞれの鏡映対称性及び並進対称性を有する瞳分割像を撮像し、照明領域ＡＳＬ１に応じた鏡映対瞳分割像間の距離及び照明領域ＡＳＬ２に応じた瞳分割像間の距離それぞれを、撮像座標系（ＸＦ，ＹＦ）上で瞳分割像の有する鏡映対称性と同様の鏡映対称性を維持しつつ２つの領域（ＦＤＬ，ＦＤＲ）を移動させつつ、該２つの領域内の信号波形の並進対称性を考慮した領域間一致度を算出する。そして、２つの領域の領域間一致度が最大となる移動位置を求めることにより、照明領域ＡＳＬ１，ＡＳＬ２のデフォーカス量すなわちＺ位置情報を検出する。したがって、精度良くウエハＷのＺ位置情報を検出することができる。
また、本実施形態によれば、ウエハＷ上の照明領域ＡＳＬ０に形成されたマークＳＹＭ（ＳθＭ）の鏡映対称性及び並進対称性を有する像を撮像し、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置を、撮像座標系（ＸＰ，ＹＰ）上でマーク像が有する並進対称性と同様の並進対称性を維持しつつ複数の領域（ＰＦＤｍ）を移動させつつ、該複数の領域から選択された２つの領域からなる複数の領域対の各領域内の信号波形の鏡映対称性を考慮した領域間一致度を算出したのち、複数の領域相互間における総合的な領域間一致度を算出する。そして、総合的な領域間一致度が最大となる移動位置を求めることにより、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置を検出する。したがって、精度良くマークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置情報を検出することができる。
また、本実施形態によれば、精度良く求められたマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置に基づいて、ファイン・アライメントマークを観察して、ウエハＷ上のショット領域ＳＡの配列座標を高精度で算出し、これらの算出結果に基づいて、ウエハＷの位置合わせを高精度で行うことができるので、各ショット領域ＳＡにレチクルＲに形成されたパターンを精度良く転写することができる。
また、本実施形態では、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置検出における領域間一致度を算出する複数の領域の数を３とし、３組の領域対について領域間一致度を算出し、それらの積をもって複数の領域相互間の領域間一致度としている。したがって、１つの領域対について領域間一致度を算出したときにおける、本来の領域間一致度からのノイズ等の影響による偶発的な領域間一致度の増加を抑制することができる。このため、精度良くマークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置を検出することができる。
また、本実施形態では、領域間一致の算出にあたって、一の領域内の信号波形を他の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換装置３３Ａ，３３Ｂを備えているので、簡易かつ迅速に領域間一致度を算出することができる。
また、本実施形態では、領域間一致度の算出を、座標変換された一の領域の信号波形と前記他の領域の信号波形との正規化相関係数を算出することによって行うので、領域間一致度を精度良く算出することができる。
また、本実施形態では、撮像によって得られた２次元画像信号を１次元空間に射影して信号波形を求め、１次元信号波形に関する領域間一致度を算出するので、簡易かつ迅速に物体の位置情報を検出することができる。
なお、上記の第１実施形態では、３組の領域対について領域間一致度を算出し、それらの積を複数の領域相互間の領域間一致度としたが、３組の領域対について領域間一致度の和あるいは平均を複数の領域相互間の領域間一致度とすることも可能である。かかる場合にも、１つの領域対について領域間一致度を算出したときにおける、本来の領域間一致度からのノイズ等の影響による偶発的な領域間一致度の増加を抑制することができる。
また、上記の第１の実施形態では、領域間一致度の算出を、座標変換された一の領域内の信号波形と他の領域内の信号波形との正規化相関係数を算出することによって行ったが、座標変換された一の領域の信号波形と他の領域の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの差の絶対値の総和を算出することにより行うことも可能である。かかる場合には、実行する演算が非常に簡単であり、かつ、一致度を直接的に反映した値を算出して解析するので、簡易かつ迅速に領域間一致度を算出することができる。なお、この場合には、算出結果が小さいほど領域間一致度が高いということになる。
また、領域間一致度の算出を、座標変換された一の領域内の信号波形と他の領域内の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの分散値の総和である総分散値あるいは該総分散値に基づく標準偏差を算出することによって行うことも可能である。
こうした総分散値あるいは該総分散値に基づく標準偏差の算出にあたっては、上述の領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３内の信号波形ＩＰ１（ＹＰ），ＩＰ２（ＹＰ），ＩＰ３（ＹＰ）及びこれらの反転波形（鏡映対称波形）のように同一の形状であると考えられる波形群の中から、比較をしたい２以上の波形を選択する。引き続き、各波形について、波形の各位置の値から当該波形の平均値を引く等のオフセット除去操作、及び、オフセット除去後の波形に関する標準偏差を求め、その標準偏差でオフセット除去後の波形の各位置の値を除算する等のノーマライズ操作を行う。
次に、ノーマライズ後の各波形の定義域が同一になるように、必要に応じて並進変換の座標変換を行う。引き続き、当該定義域における各位置における各ノーマライズ波形の値の分散を算出する。そして、各位置の分散の総和を算出することにより、総分散を算出する。
以上の総分散の算出を、領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３を上記の実施形態と同様にして移動させながら行い、領域移動位置の変化による総分散の変化の様子を、総分散の値が小さいほど波形の一致度が高いことを考慮しつつ解析する。かかる場合にも、実行する演算が非常に簡単であり、かつ、一致度を直接的に反映した値を算出して解析するので、簡易かつ迅速に領域一致度を算出することができる。
なお、上記の総分散に代えて、総分散の平方根である標準偏差を使用することもできる。
また、以上の総分散又は標準偏差を使用する方法を３以上の波形について適用すれば、３以上の領域それぞれにおける波形の総合的な領域間一致度を、一挙に評価することができる。
なお、こうした総分散又は標準偏差を使用する方法は、複数の比較波形の平均波形を求め、平均波形と各波形の差を評価する方法と同等の方法である。
また、上記の第１の実施形態では、信号波形同士の相関を算出したが、平均波形を最初に求め、その後に各波形と平均波形との相関を算出ことにより、領域間一致度の指標を算出することとしてもよい。
また、上記の第１の実施形態では、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置検出にあたって、鏡映対称性を考慮して領域間一致度を算出したが、並進対称性及び領域内鏡映対称性の双方を考慮して総合的な領域間一致度ＮＣＦ’（ＹＰＰ１）を、以下の様にして算出することも可能である。
この場合には、まず、上述の信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）と信号波形ＩＰｑ（ＹＰ）との平行移動に関する領域間一致度ＮＣ１ｐ，ｑ（ＹＰＰ１）を、信号波形ＩＰｐ（ＹＰ）と、
0003932039.tif 000009
で算出される変換信号波形ＴＩＰｑ’（ＹＰ”）との正規化相関係数を算出することによって求める。そして、平行移動に関する総合的な領域間一致度ＮＣ１（ＹＰＰ１）を、
0003932039.tif 000010
によって算出する。こうして算出された領域間一致度ＮＣ１（ＹＰＰ１）は、図２０Ａに示されるような分布となる。すなわち、領域間一致度ＮＣ１（ＹＰＰ１）は、ＹＰ１−ＰＷ／２≦ＹＰＰ１≦ＹＰ１＋ＰＷ／２の範囲でほぼ平坦な台形状の分布となる。
一方、領域ＰＦＤｍ（ｍ＝１〜３）のうちの１つの領域ＰＦＤｒ（ＹＰＰ１）内に関する鏡映変換対称性（折り返し対称性）を考慮した、正規化相関係数によって表される領域内一致度ＮＣ２ｒ（ＹＰＰ１）を算出する。
かかる領域内一致度ＮＣ２ｒ（ＹＰＰ１）の算出にあたっては、まず、信号波形ＩＰ（ＹＰ）から、領域ＰＦＤｒ内の信号波形ＩＰｒ（ＹＰ）（図１８Ａ〜図１８Ｃ参照）を切り出す。ここで、信号波形ＩＰｒ（ＹＰ）は、
0003932039.tif 000011
である。
次に、信号波形ＩＰｒ（ＹＰ）について、領域ＰＦＤｒのＹＰ方向の中央位置ＹＰＰｒに対する鏡映変換の座標変換を行った変換信号ＴＩＰｒ”（ＹＰ”（＝２ＹＰＰｒ−ＹＰ））を、
0003932039.tif 000012
を算出して求める。この結果、信号波形ＴＩＰｒ”（ＹＰ”）の定義域は、信号波形ＩＰｒ（ＹＰ）の定義域と一致することになる。
引き続き、領域ＰＦＤｒにおける信号波形ＩＰｒ（ＹＰ）の領域内一致度として、信号波形ＩＰｒ（ＹＰ）と信号波形ＴＩＰｒ”（ＹＰ”）との正規化相関係数ＮＣ２ｒ（ＹＰＰ１）を算出する。
こうして算出された領域内一致度ＮＣ２ｒ（ＹＰＰ１）は、図２０Ｂに示されるようになる。すなわち、領域内一致度ＮＣ２（ＹＰＰ１）は、ＹＰＰ１＝ＹＰ１に最も大きなピークを有するが、他にも様々なＹＰＰ１値でピークを有する場合がある。しかし、領域内一致度ＮＣ２（ＹＰＰ１）は、領域間一致度ＮＣ１（ＹＰＰ１）が大きな値を有する、ＹＰ１−ＰＷ／２≦ＹＰＰ１≦ＹＰ１＋ＰＷ／２の範囲では、ピーク位置がＹＰ１の１つのピークのみを有する分布となる。
したがって、領域間一致度ＮＣＦ’（ＹＰＰ１）を、
0003932039.tif 000013
によって算出すれば、領域間一致度ＮＣＦ’（ＹＰＰ１）は、図２０Ｃに示されるように、ＹＰ位置パラメータＹＰＰ１が値ＹＰ１にのみピークを有する分布となる。したがって、並進対称性及び領域内鏡映対称性の双方を考慮して総合的な領域間一致度ＮＣＦ’（ＹＰＰ１）が最大値となるＹＰ位置パラメータＹＰＰ１を抽出することにより、上記の第１の実施形態と同様に、値ＹＰ１を求めることができる。以下、第１の実施形態と同様の処理を行えば、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置を精度良く検出することができる。
なお、領域内一致度ＮＣ２ｒ（ＹＰＰ１）に代えて、総合的な領域内一致度ＮＣ２（ＹＰＰ１）を、
0003932039.tif 000014
によって算出して、使用することも可能である。
また、領域内鏡映対称性のみを考慮した領域内一致度ＮＣＦ”（ＹＰＰ１）を使用することも可能である。かかる領域内一致度ＮＣＦ”（ＹＰＰ１）としては、上述の領域内一致度ＮＣ２ｒ（ＹＰＰ１）や総合的な領域内一致度ＮＣ２（ＹＰＰ１）を使用することができる。なお、領域内一致度ＮＣＦ”（ＹＰＰ１）を領域内一致度ＮＣ２ｒ（ＹＰＰ１）とすると、上述した図２０Ｂに示されるように、様々なＹＰＰ１値で無視することができないピークを有し、ＹＰＰ１＝ＹＰ１におけるピークを的確に特定することが困難な場合が発生し得る。こうした場合であっても、領域内一致度ＮＣＦ”（ＹＰＰ１）として総合的な領域内一致度ＮＣ２（ＹＰＰ１）を使用することにより、精度良くマークの位置情報を検出することができる。
また、上記の第１の実施形態では、撮像によって得られた２次元画像信号を、１次元空間（ＹＦ軸又はＹＰ軸）に射影して、１次元の信号波形を生成し、これを解析したが、２次元画像信号を直接解析して、位置検出を行うことも可能である。例えば、上述のデフォーカス量の計測にあたって、上述の図１１Ｂに示されるような２つの１次元領域ＦＤ１Ｌ，ＦＤ１Ｒに対応する、図２１に示されるような２つの２次元領域ＦＤ１Ｌ’，ＦＤ１Ｒ’を定義する。ここで、領域ＦＤ１Ｌ’と領域ＦＤ１Ｒ’とは、ＹＦ位置ＹＦ１０を通るＹＦ軸と平行な軸ＡＹＦ１０に対して鏡映対称となっており、それぞれがＹＦ方向幅ＷＷ１（≧ＷＦ１）を有している。また、領域ＦＤ１Ｌ’のＹＦ方向中心位置と領域ＦＤ１Ｒ’のＹＦ方向中心位置との距離ＬＷ１（以下、「領域ピッチＬＷ１」という）が可変パラメータとされている。かかる領域ＦＤ１Ｌ’，ＦＤ１Ｒ’を軸ＡＹＦ１０に関して鏡映対称にＹＦ軸方向に移動させつつ、領域ＦＤ１Ｌ’，ＦＤ１Ｒ’内の２次元画像信号に関する並進対称性を考慮した領域間一致度の変化を解析することにより、像ピッチＤＷ１を検出することができる。また、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置検出にあたっても、デフォーカス量の計測の場合と同様に、２次元領域を使用することができる。
また、上記の第１の実施形態では、アライメント顕微鏡ＡＳの合焦動作について、マークＳＹＭ，ＳθＭの撮像時に行うものとして説明したが、基準マーク板ＦＭ上のマーク観察時においても同様の合焦動作をすることが可能であることは勿論である。
《第２の実施形態》
次に、本発明の露光装置の第２の実施形態を説明する。本実施形態の露光装置は第１の実施形態の露光装置１００と同様の構成を有しており、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＹ位置を検出する第１の実施形態と、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置を検出する点のみが異なる。すなわち、上述の図６に示される処理サブルーチン１０６，１１２の処理のみが異なるので、かかる相違点に主に着目して、以下説明する。なお、本実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態では、第１の実施形態の場合と同様にして、図６のステップ１０１〜１０５までの処理が実行され、マークＳＹＭの撮像にあたっての合焦動作（フォーカシング）が行われ、マークＳＹＭの像が撮像される。そして、マークＳＹＭに関する第１撮像データＩＭＤ１が、撮像データ格納領域４１Ｂに格納される。こうして収集された第１撮像データＩＭＤ１に含まるマークＳＹＭの２次元画像ＩＳＹＭが、図２２に示されている。なお、図２２においては、ウエハ座標系におけるＸ方向及びＹ方向に共役な方向が、撮像素子７４の受光面におけるＸＰ方向及びＹＰ方向としている。
図２２に示されるように、２次元画像ＩＳＹＭは、マークＳＹＭのラインパターンＳＭＬｍ（ｍ＝１〜３；図７Ｂ参照）に応じた、ＹＰ方向に並ぶライン像ＩＬｍと、周囲のスペースパターン像とから構成されている。ここで、ライン像ＩＬｍそれぞれは、ＸＰ方向幅ＷＰＸ及びＹＰ方向幅ＷＰを有する矩形状となっている。また、ライン像ＩＬｍの−ＸＰ方向端のＸＰ位置はＸＰＬであり、＋ＸＰ方向端のＸＰ位置はＸＰＵ（＝ＸＰＬ＋ＷＰＸ）である。また、ライン像ＩＬ１のＹＰ方向中心位置ＹＰ１とライン像ＩＬ２のＹＰ方向中心位置ＹＰ２との距離はＰＷ１であり、ライン像ＩＬ２のＹＰ方向中心位置ＹＰ２とライン像ＩＬ３のＹＰ方向中心位置ＹＰ３との距離はＰＷ２である。そして、ライン像ＩＬ１の−ＹＰ方向端のＹＰ位置ＹＰＬとライン像ＩＬ３の＋ＹＰ方向端のＹＰ位置ＹＰＵとの距離はＷＰＹ（＝ＰＷ１＋ＰＷ２＋ＷＰ）となっている。なお、幅ＷＰＸ，ＷＰ及び距離ＰＷ１，ＰＷ２は、設計情報等から既知であるものとする。
そして、図２３に示されるサブルーチン１０６において、撮像データ格納領域４１Ｂに格納された第１撮像データＩＭＤ１に含まれる２次元画像信号ＩＳＹＭ（ＸＰ，ＹＰ）からマークＳＹＭのＸＹ位置が算出される。
サブルーチン１０６では、まず、ステップ１７１において、一致度算出装置３２Ｂの座標変換装置３３Ｂが、撮像データ格納領域４１Ｂに格納された第１撮像データＩＭＤ１を読み出して、画像信号ＩＳＹＭ（ＸＰ，ＹＰ）を得る。引き続き、座標変換装置３３Ｂが、図２４に示されるように、４つの２次元領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２，ＰＦＤ３，ＰＦＤ４を定義する。ここで、領域ＰＦＤｎ（ｎ＝１〜４）は、同一のＸＰ方向幅ＰＷ及び同一のＹＰ方向幅ＰＷの正方形であり、領域ＰＦＤ１のＹ方向の中心位置ＹＰＰが可変パラメータとなっている。また、領域ＰＦＤ１の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）、ＰＦＤ２の中心位置が（ＸＰＰ２（＝ＸＰＰ１＋ＷＰＸ），ＹＰＰ１）、ＰＦＤ３の中心位置が（ＸＰＰ２，ＹＰＰ２（＝ＹＰＰ１＋ＷＰＹ））、ＰＦＤ４の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ２）に設定されている。なお、領域ＰＦＤ１の中心位置（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が可変パラメータとされている。
引き続き、座標変換装置３３Ｂが、領域ＰＦＤｎの走査の初期位置と終了位置とを決定し、領域ＰＦＤｎを初期位置に設定する。なお、領域ＰＦＤｎの初期位置の設定にあたっては、初期のパラメータ値ＸＰＰ１，ＹＰＰ１をそれぞれ十分に小さくすることも可能であるが、初期のパラメータ値ＸＰＰ１として、設計上予想される値ＸＰＬの範囲における最小値よりも僅かに小さな値を採用し、初期のパラメータ値ＹＰＰ１として、設計上予想される値ＹＰＬの範囲における最小値よりも僅かに小さな値を採用することが、マークＳＹＭのＸＹ位置検出の迅速性の観点からは望ましい。また、走査の終了位置の設定にあたっては、初期のパラメータ値ＸＰＰ１，ＹＰＰ１をそれぞれ十分に大きくすることも可能であるが、最終のパラメータ値ＸＰＰ１として、設計上予想される値ＸＰＬの範囲における最大値よりも僅かに大きな値を採用し、最終のパラメータ値ＹＰＰ１として、設計上予想される値ＹＰＬの範囲における最大値よりも僅かに大きな値を採用することが、マークＳＹＭのＸＹ位置検出の迅速性の観点からは望ましい。
ここで、ステップ１７２以降で実行されるウエハＷ上のＹマークＳＹＭのＸＹ位置（ＹＸ，ＹＹ）検出の原理について簡単に説明する。
本実施形態におけるＸＹ位置（ＹＸ，ＹＹ）の検出では、まず、上述した撮像空間における位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）を検出する。かかる位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）の検出は、領域ＰＦＤｎの相互間距離を維持しつつ、初期位置から終了位置まで、領域ＰＦＤｎを２次元走査する。ここで、相互間距離を維持しつつ領域ＰＦＤｎを走査するのは、走査中に必ずパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）と一致することがあり、そのときのみに成立する領域ＰＦＤｎ内画像相互間の対称性があるからである。
すなわち、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）と一致した場合には、図２５に示されるように、領域ＰＦＤｎ内画像相互間には、各領域の中心を中心とする回転移動（以下、単に「回転移動」という）と平行移動とを組み合わせた対称性（以下、単に「回転対称性」という）があり、ＸＰ方向又はＹＰ方向で隣合う領域ＰＦＤｎ間には鏡映対称性がある。かかる対称性の関係についてより詳細に説明すると、例えば、領域ＰＦＤ１内の画像信号ＩＳ１（ＸＰ，ＹＰ）と、領域ＰＦＤ１とＸＰ方向で隣り合う領域ＰＦＤ２内の画像信号ＩＳ２（ＸＰ，ＹＰ）とは、９０度の回転対称性を有するとともに、ＸＰ位置ＸＰＰ１，２（＝（ＸＰＰ１＋ＸＰＰ２）／２）を通るＹＰ軸と平行な軸を中心とする鏡映対称性（以下、「ＹＰ軸鏡映対称性」という）を有している。また、領域ＰＦＤ１内の画像信号ＩＳ１（ＸＰ，ＹＰ）と、領域ＰＦＤ１とＹＰ方向で隣り合う領域ＰＦＤ４内の画像信号ＩＳ４（ＸＰ，ＹＰ）とは、２７０度の回転対称性を有するとともに、ＹＰ位置ＹＰＰ１，２（＝（ＹＰＰ１＋ＹＰＰ２）／２）を通るＸＰ軸と平行な軸を中心とする鏡映対称性（以下、「ＸＰ軸鏡映対称性」という）を有している。なお、上記の回転角度は、図２５の紙面上で左回りが角度増加方向であるとして表現されており、以下の説明においてもこの表現を使用する。
本実施形態では、回転対称性の成立性を解析することにより、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）と位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）との一致を検出している。そして、マークＳＹＭの像の２次元位置に基づいて、マークＳＹＭのＸＹ位置（ＹＸ，ＹＹ）を検出することにしている。
具体的には、以下のようにして、マークＳＹＭの像の２次元位置及びマークＳＹＭのＸＹ位置（ＹＸ，ＹＹ）を検出している。
すなわち、図２３に戻り、ステップ１７１に引き続き、ステップ１７２において、座標変換装置３３Ｂが、領域ＰＦＤｎの中の互いに隣り合う２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑによって構成される領域対（ｐ，ｑ）（（ｐ，ｑ）＝（１，２）、（２，３）、（３，４）、（４，１））の内の最初の領域対（ここでは、領域対（１，２）とする）を選択する。引き続き、座標変換装置３３Ｂは、画像信号ＩＳＹＭ（ＸＰ，ＹＰ）から、領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２内の信号波形ＩＳ１（ＸＰ，ＹＰ），ＩＳ２（ＸＰ，ＹＰ）（図２５参照）を切り出す。
次に、ステップ１７３において、座標変換装置３３Ｂは、信号波形ＩＳ１（ＸＰ，ＹＰ）について、領域ＰＦＤ１の中心点（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を中心として信号波形ＩＳ１（ＸＰ，ＹＰ）を９０度回転の座標変換を行う。この９０度回転の座標変換では、まず、領域ＰＦＤ１の中心点が座標原点となるように平行移動変換Ｓを行った変換信号ＳＩＳ１（ＸＰ’，ＹＰ’）を、
0003932039.tif 000015
によって算出する。引き続き、変換信号ＳＩＳ１（ＸＰ’，ＹＰ’）を座標原点を中心として９０度回転変換Ｒを行った変換信号ＲＩＳ１（ＸＰ”，ＹＰ”）を、
0003932039.tif 000016
によって算出する。次いで、座標変換装置３３Ｂは、変換信号ＲＩＳ１（ＸＰ”，ＹＰ”）の座標原点が領域ＰＦＤ２の中心点（ＸＰＰ２，ＹＰＰ２）となるように平行移動変換Ｔを行った変換信号ＴＩＳ１（ＸＰ’，ＹＰ’）を、
0003932039.tif 000017
によって算出する。この結果、変換信号ＴＩＳ１（ＸＰ’，ＹＰ’）の定義域は、画像信号ＩＳ２（ＸＰ，ＹＰ）の定義域と一致することになる。
座標変換装置３３Ｂは、以上のようにして求めた変換信号ＴＩＳ１（ＸＰ’，ＹＰ’）及び画像信号ＩＳ２（ＸＰ，ＹＰ）を座標変換結果格納領域４２Ｂに格納する。
次に、ステップ１７４において、算出処理装置３４Ｂは、座標変換結果格納領域４２Ｂから画像信号ＩＳ２（ＸＰ，ＹＰ）及び変換信号ＴＩＳ１（ＸＰ’，ＹＰ’）を読み出して、領域ＰＦＤ１，ＰＦＤ２間における画像信号ＩＳ１（ＸＰ，ＹＰ），ＩＳ２（ＸＰ，ＹＰ）の一致度として、画像信号ＩＳ２（ＸＰ，ＹＰ）と変換信号ＴＩＳ１（ＸＰ’，ＹＰ’）との正規化相関係数ＮＣＦ１，２（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。
次いで、ステップ１７５において、全ての領域対（ｐ，ｑ）について、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出したか否かが判定される。この段階では、最初の領域対について正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出したのみなので、ステップ１７５の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１７６に移行する。
ステップ１７６では、座標変換装置３３Ｂが、次の領域対を選択し、領域対（ｐ，ｑ）を更新する。そして、処理がステップ１７３に移行する。
以後、全ての領域対（ｐ，ｑ）について、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出し、ステップ１７５において肯定的な判断がなされるまで、各領域対（ｐ，ｑ）についての領域間一致度としての正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出する。そして、ステップ１７５において、肯定的な判定がなされると処理がステップ１７７に移行する。
ステップ１７７では、算出処理装置３４Ｂが、正規化相関係数ＮＣＦｐ，ｑ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を使用して、総合的な領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を、
0003932039.tif 000018
によって算出する。そして、算出処理装置３４Ｂは、領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の現在値とともに一致度格納領域４３Ａに格納する。
次いで、ステップ１７８において、領域ＰＦＤｎが走査終了位置となったか否かが判定される。この段階では、初期位置についてのみ領域間一致度を算出したのみなので、ステップ１７８の判定は否定的なものとなり、処理はステップ１７９に移行する。
ステップ１７９では、座標変換装置３３Ｂが、所望の位置分解能に応じたピッチでパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を更新する。引き続き、座標変換装置３３Ｂは、更新されたパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）に応じた位置に領域ＰＦＤｎを移動させる。そして、上記の初期位置の場合と同様にして、ステップ１７２〜１７７を実行して領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出し、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の現在値とともに一致度格納領域４３Ｂに格納する。
以下、ステップ１７８において肯定的な判定がなされるまで、上記と同様にして、ステップ１７９においてパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を更新するたびに、ステップ１７２〜１７７を実行して領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を算出し、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の現在値とともに一致度格納領域４３Ｂに格納する。
領域ＰＦＤｎが終了位置に到達し、ステップ１７８において肯定的な判定がなされると、処理はステップ１８０に移行する。
ステップ１８０では、マーク位置情報算出装置３５Ｂが、ウエハ干渉計１８からのウエハＷの位置情報ＷＰＶを取り込むとともに、一致度格納領域４３Ｂから領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）及びこれに対応するパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）を読み出す。引き続き、マーク位置情報算出装置４５Ｂは、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の変化に応じた領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の変化との関係を調べる。かかるパラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）と領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）との関係の例が図２６に示されている。この図２６に示されるように、領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）は、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）に一致するときに最大値となる。そこで、マーク位置情報算出装置３５Ｂは、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の変化に関する領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の変化波形を解析して、領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が最大となる位置パラメータ値を抽出することにより、位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）を求める。そして、マーク位置情報算出装置３５Ｂは、求められた位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）と上述のウエハＷの位置情報ＷＰＶとに基づいて、マークＳＹＭのＸＹ位置（ＹＸ，ＹＹ）を検出する。
なお、本実施形態では、位置（ＸＰＬ，ＹＰＬ）の検出にあたって、領域間一致度ＮＣＦ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）の分布が有意なピークを有し、最大値が決定できる場合には、マーク位置検出不可フラグをＯＦＦとしている。一方、領域間一致度ＮＣＦ（ＹＰＰ１）の分布が有意なピークを有さず、最大値が決定できない場合には、マーク位置検出不可フラグをＯＮとしている。
こうして、マークＳＹＭのＹ位置ＹＹの検出が終了すると、サブルーチン１０６の処理が終了し、メインルーチンにリターンする。
以上のようにして、サブルーチン１０６が終了すると、以後、図６に示される第１の実施形態における処理と、サブルーチン１１２において上記のサブルーチン１０６と同様の処理をすることを除いて、同様の処理を行いつつ、ウエハ・ローテーションθｓを算出し、ウエハＷ上の各ショット領域の配列に関するローテーションθ、Ｘ，Ｙ方向のスケーリングＳＸ，ＳＹ、直交度ＯＲＴ、Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯＸ、ＯＹの６つのパラメータを算出して、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、すなわち重ね合せ補正位置を算出する。
その後、第１の実施形態と同様にして、求めた各ショット領域の配列座標と予め計測したベースライン距離とに基づき、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置にウエハＷを順次ステッピングさせる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを走査方向に同期移動させつつレチクルパターンをウエハ上に転写する動作とを、繰り返して、ステップ・アンド・スキャン方式による露光動作を行う。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、精度良くウエハＷのＺ位置情報を検出することができる。また、ウエハＷ上の照明領域ＡＳＬ０に形成されたマークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置を、撮像座標系（ＸＰ，ＹＰ）上で上述の位置関係にある複数の領域（ＰＦＤｎ）を移動させつつ、該複数の領域から選択された２つの領域からなる複数の領域対の各領域間の回転対称性を考慮した領域間一致度を算出した後、複数の領域相互間における総合的な領域間一致度を算出して、総合的な領域間一致度が最大となる移動位置を求めることにより、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置を検出する。したがって、精度良くマークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置情報を検出することができる。また、精度良く求められたマークＳＹＭ，ＳθＭのＹ位置に基づいて、ファイン・アライメントマークを観察して、ウエハＷ上のショット領域ＳＡの配列座標を高精度で算出し、これらの算出結果に基づいて、ウエハＷの位置合わせを高精度で行うことができるので、各ショット領域ＳＡにレチクルＲに形成されたパターンを精度良く転写することができる。
また、本実施形態では、マークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置検出における領域間一致度を算出する複数の領域の数を４とし、互いに隣り合う２つの領域から成る４つの領域対について領域間一致度を算出し、それらの積をもって複数の領域相互間の領域間一致度としている。したがって、２つの領域対について領域間一致度を算出したときにおける、ノイズ等の影響による各領域間一致度の偶発的な増加に伴う総合的な領域間一致度の偶発的な増加を抑制することができる。このため、精度良くマークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置を検出することができる。
また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、領域間一致度の算出にあたって、一の領域内の画像信号を他の領域との関係で定まる領域間対称性に応じた座標変換の方法によって座標変換する座標変換装置３３Ａ，３３Ｂを備えているので、簡易かつ迅速に領域間一致度を算出することができ、また、第１の実施形態と同様に、領域間一致度の算出を、座標変換された一の領域の画像信号と前記他の領域の画像信号との正規化相関係数を算出することによって行うので、領域間一致度を精度良く算出することができる。
なお、上記の第２の実施形態では、それぞれが互いに隣り合う２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ，からなる４つの領域対（ｐ，ｑ）について領域間一致度を求め、それらの積を総合的な領域間一致度としたが、それぞれが互いに隣り合う２つの領域ＰＦＤｐ，ＰＦＤｑ，からなる３つの領域対（ｐ，ｑ）について領域間一致度を求め、それらの積を総合的な領域間一致度とすることも可能である。また、対角関係にある領域対（１，３）及び領域対（２，４）それぞれについて領域間一致度を求め、それらの積を総合的な領域間一致度とすることも可能である。かかる場合には、１８０度回転対称性を考慮した領域間一致度を算出する。
また、上記の第２の実施形態では、領域ＰＦＤｎ内の画像信号ＩＳｎ相互間の回転対称性に注目したが、上述した互いに隣り合う領域間における鏡映対称性に注目して、領域対（ｐ，ｑ）について鏡映対称性を考慮した領域間一致度を求めることも可能である。
また、上記の第２の実施形態では、複数の領域ＰＦＤｎ（ｎ＝１〜４）を、上述の図２４に示されるように定義したが、図２７Ａに示されるように定義することも可能である。すなわち、
ａ．領域ＰＦＤｎが、同一のＸＰ方向幅ＷＰ２（＞ＷＰ）及び同一のＹＰ方向幅ＷＰ２の正方形であり、
ｂ．領域ＰＦＤ１の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）、ＰＦＤ２の中心位置が（ＸＰＰ２（＝ＸＰＰ１＋ＷＰＸ），ＹＰＰ１）、ＰＦＤ３の中心位置が（ＸＰＰ２，ＹＰＰ２（＝ＹＰＰ１＋ＰＷ１＋ＰＷ２）、ＰＦＤ４の中心位置が（ＸＰＰ１，ＹＰＰ２）であり、
ｃ．領域ＰＦＤ１の中心位置（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が可変パラメータであるとして、領域ＰＦＤｎを定義することも可能である。かかる領域ＰＦＤｎの場合には、図２７Ｂに示されるように、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が位置（ＸＰＬ，ＹＰ１）と一致する場合に、ＸＰ方向で隣り合う２領域内の画像信号間において１８０度回転対称性及び鏡映対称性が成立し、ＹＰ方向で隣り合う２領域内の画像信号間において鏡映対称性及び並進対称性が成立し、対角関係にある２領域の画像信号間において１８０度回転対称性並びに鏡映変換及び平行移動変換の組み合わせに関する対称性が成立し、領域内対称性として各領域内の画像信号におけるＹＰ方向に関する折り返し対称性が成立する。
かかる場合には、図２７Ｂに示される領域ＰＦＤｎの位置、すなわち、パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）が位置（ＸＰＬ，ＹＰ１）と一致する場合においてのみ成立する対称性（例えば、ＸＰ方向で隣り合う２領域内の画像信号間における１８０度回転対称性及びＹＰ方向で隣り合う２領域内の画像信号間における鏡映対称性の同時成立）に注目して、複数の領域間一致度を求めた後、総合的な領域間一致度を求めて解析することにより、像ＩＳＹＭ（ＩＳθＭ）の２次元位置ひいてはマークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置を精度良く検出することができる。
また、上記の第２の実施形態では、２次元位置検出対象マークとしてライン・アンド・スペースマークを使用したが、図２８Ａや図２８Ｂに示されるような格子状マークを使用することも可能である。かかる格子状マークにおいても、マーク像の端部やラインパターン像の交差部に応じた位置関係で複数の領域を定義し、領域間一致度や領域間一致度と領域内一致度の組み合わせを求め、総合的な領域間一致度を求めて解析することにより、マーク像の２次元位置ひいてはマークのＸＹ位置を精度良く検出することができる。さらに、ライン・アンド・スペースマークや格子状マーク以外のマークを使用することもできる。
また、上記の第２の実施形態では、領域内画像信号を２次元信号のまま処理したが、１次元に射影してから位置検出に使用することも可能である。例えば、１つの領域をＸＰ方向にＮＸ分割するとともに、ＹＰ方向にＮＹ分割し、各々の方向において、分割領域内で例えば平均値を計算することにより、ＸＰ方向に変化する１次元信号をＮＹ個、ＹＰ方向に変化する１次元信号をＮＸ個得る。そして、これらの１次元信号を使用して領域間一致度や領域内一致度を求めて解析することにより、像ＩＳＹＭ（ＩＳθＭ）の２次元位置ひいてはマークＳＹＭ（ＳθＭ）のＸＹ位置を精度良く検出することができる。
また、上記の第２の実施形態では、４つの領域対について領域間一致度を算出し、それらの積を複数の領域相互間の総合的な領域間一致度としたが、第１の実施形態の場合と同様に、４つの領域対について領域間一致度の和あるいは平均を複数の領域相互間の領域間一致度とすることも可能である。
また、上記の第２の実施形態では、領域間一致度の算出を、座標変換された一の領域内の画像信号と他の領域内の画像信号との正規化相関係数を算出することによって行ったが、第１の実施形態の場合と同様に、ａ．領域間一致度の算出を、座標変換された一の領域の信号波形と、当該一の領域又は他の領域の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの差の絶対値の総和を算出することにより行うことも可能であり、また、ｂ．領域一致度の算出を、座標変換された一の領域内の信号波形と、当該一の領域又は他の領域内の信号波形とで、互いに対応する点における信号レベルの分散値の総和である総分散あるいは当該総分散に基づく標準偏差を、第１の実施形態において説明した方法と同様の方法を使用して算出することによって行うことも可能である。
なお、上記の第１及び第２の実施形態では、領域間一致度の算出にあたって、領域内信号波形（又は領域内画像信号）間に相似対称性がある場合には、さらに相似対称性を考慮することが可能である。かかる場合には、上述の座標変換に加えて、拡大／縮小変換を行えばよい。
また、上記の第１及び第２の実施形態では、一致度の解析にあたって一致度が高いことに注目したが、マークの形状と複数の領域の定義の仕方によっては、一致度が低いことに注目することも可能である。
また、上記の第１及び第２の実施形態では、マーク位置の検出にあたって、マークの全体像が撮像できることを前提としたが、マークが撮像範囲からはみ出る可能性がある場合には、マークが存在する可能性のある範囲にわたって複数の領域の走査を行うことができる。かかる場合には、撮像範囲からはみ出る領域は一致度の計算に使用せず、撮像範囲内にある領域のみ一致度を計算する。このときには、はみ出た領域のかわりに、撮像範囲内において新たに領域を設定してもよいし、領域数が少ないまま総合的な領域間一致度を算出した後、（本来の相関積の数）／（現在の相関積の数）乗してもよい。
また、上記の第１及び第２の実施形態では、領域の走査にあたって、領域間における鏡映対称性の中心とすべき鏡映中心位置すなわち像の鏡映中心位置が既知であることを前提としたが、像の鏡映中心位置が未知である像を対象とする場合には、領域間における鏡映中心位置も移動させながら領域間一致度を算出すればよい。
また、上記の第１及び第２の実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、紫外線を光源にする縮小投影露光装置、波長１０ｎｍ前後の軟Ｘ線を光源にする縮小投影露光装置、波長１ｎｍ前後を光源にするＸ線露光装置、ＥＢ（電子ビーム）やイオンビームによる露光装置などあらゆるウエハ露光装置、液晶露光装置等に適応できる。また、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わない。
また、上記の第１及び第２の実施形態では、露光装置におけるウエハ上のサーチ・アライメントマークの位置検出、及びウエハの位置合わせの場合を説明したが、本発明を適用したマーク検出、位置検出、及び位置合わせは、ウエハ上のファイン・アライメントマークの位置検出、及びウエハの位置合わせや、レチクル上のレチクル・アライメントマークの位置検出、及びレチクルの位置合わせに用いることもできる。更に、露光装置以外の装置、例えば重ね合わせ計測装置等の顕微鏡等を使用した物体の観察装置、工場の組み立てライン、加工ライン、検査ラインにおける対象物の位置決め装置等における物体の位置検出やその物体の位置合わせにも利用可能である。
ところで、近年、半導体回路の微細化に伴い、より正確に微細な回路パターンを形成するために、ウエハＷ上に形成される各層の表面を平坦化するプロセス（平坦化プロセス）が採用されるようになってきている。この最たるものが、成膜した膜の表面を研磨して、その膜表面をほぼ完全に平坦化するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＆  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械研磨）プロセスである。かかるＣＭＰプロセスは、半導体集積回路の配線層（金属）間の層間絶縁膜（二酸化ケイ素等の誘電体）に適用されることが多い。
また、最近、例えば隣接する微細素子同士を絶縁するために所定幅の浅い溝を形成し、この溝に誘電体などの絶縁膜を埋め込むＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程も開発されている。このＳＴＩ工程では、絶縁物を埋め込んだ層の表面をＣＭＰプロセスで平坦化した後、その表面にポリシリコンを成膜することも行われる。かかる工程を経て形成されるＹマークＳＹＭ’について、同時に他のパターンも形成される場合の例を、図２９Ａ〜図２９Ｅを参照しながら説明する。
まず、図２９Ａに断面図によって示されるように、シリコンウエハ（基材）５１上に、ＹマークＳＹＭ’（ライン部５３に対応する凹部及びスペース部５５）と、回路パターン５９（より正確には、凹部５９ａ）とが形成される。
次に、図２９Ｂに示されるように、シリコンウエハ５１の表面５１ａに二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の誘電体よりなる絶縁膜６０が形成される。引き続き、絶縁膜６０の表面にＣＭＰプロセスが施されることによって、図２９Ｃに示されるようにシリコンウエハ５１の表面５１ａが現れるまで絶緑膜６０が除去されて平坦化される。この結果、回路パターン領域ではその凹部５９ａに絶縁体６０が埋め込まれた回路パターン５９が形成され、マークＭＸ領域では複数のスペース部５５に絶緑体６０が埋め込まれたマークＭＸが形成される。
次いで、図２９Ｄに示されるように、シリコンウエハ５１の表面５１ａの上層にポリシリコン膜６３が成膜され、そのポリシリコン膜６３の上にフォトレジストＰＲＴが塗布される。
図２９Ｄに示されるシリコンウエハ５１上のマークＭＸを、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて観察する場合、ポリシリコン層６３の表面には下層のマークＭＸを反映した凹凸は全く形成されない。また、ポリシリコン層６３は所定の波長域（５５０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光）の光束を透過しない。このため、アライメント用の検出光として可視光を利用するアライメント方式ではマークＭＸを検出することができない、或いは、アライメント用の検出光としてその大部分を可視光が占めるアライメント方式では検出光量が低下し、検出精度が低下する恐れもある。
また、図２９Ｄにおいて、ポリシリコン層６３ではなく、金属膜（メタル層）６３を成膜する場合もある。この場合、メタル層６３の表面には下層のアライメントマークを反映した凹凸は全く形成されない。また、通常、アライメント用の検出光はメタル層を透過しないため、マークＭＸを検出できなくなる恐れがある。
よって、上述のようなＣＭＰ工程を経て、ポリシリコン層６３が成膜されているシリコンウエハ５１（図２９Ｄに示したウエハ）をアライメント顕微鏡ＡＳで観察する場合には、アライメント検出光の波長が切り換え（選択または任意設定）可能であれば、可視光以外の波長を持つ検出光（例えば波長が約８００ｎｍ〜約１５００ｎｍの範囲内の赤外光）にアライメント検出光の波長を設定した上で、マークＭＸを観察するようにすれば良い。
また、アライメント検出光の波長が選択できない場合や、或いはＣＭＰ工程を経たシリコンウエハ５１上にメタル層６３が成膜されている場合には、図２９Ｅに示されるように、マークＭＸの部分に対応する領域のメタル層６３（或いはポリシリコン層６３）をフォトリソで剥がしておき、その後でアライメント顕微競ＡＳで観察すれば良い。
なお、θマークについても、上記のＹマークＳＹＭ’と同様にして、ＣＭＰプロセスを介在させて形成することができる。
《デバイスの製造》
次に、本実施形態の露光装置及び方法を使用したデバイスの製造について説明する。
図３０には、本実施形態におけるデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフローチャートが示されている。図３０に示されるように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステップ）において、ステップ２０４において処理されたウエハを用いてチップ化する。このステップ２０５には、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）パッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。
最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
図３１には、半導体デバイスの場合における、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図３１において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４それぞれは、ウエハプロセスの各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布し、引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上記で説明した第１又は第２実施形態の露光装置及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、引き続き、ステップ２１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上のようにして、精度良く微細なパターンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。
産業上の利用可能性
以上、詳細に説明したように、本発明の位置検出方法及び位置検出装置によれば、物体の観察結果に基づいて、物体の観察座標系上で所定の相互位置関係を有する複数の領域を移動させつつ、当該複数の領域それぞれにおける観察結果の中の少なくとも１対の観察結果について、所定の領域間対称性を考慮した領域間一致度を算出する。そして、複数の領域の観察座標系上の移動位置と領域間一致度との関係を求め、その関係に基づいて、物体の位置情報を求めるので、精度良く物体の位置情報を検出することができる。したがって、本発明の位置検出方法及び位置検出装置は、物体における位置情報の検出に適している。
また、本発明の露光方法及び露光装置によれば、本発明の位置検出方法を使用して基板に形成された位置合わせマークの位置を精度良く検出し、そのマーク位置に基づいて基板の区画領域に関する位置情報を求めることができるので、基板を精度良く位置制御して、所定のパターンを精度良く基板上の区画領域に転写することができる。したがって、本発明の露光方法及び露光装置は、多層的なパターン形成にあたって行われる多層露光を、層間の重ね合わせ精度を向上して行うことに適している。このため、本発明の露光装置及び露光方法は、微細パターンを有するデバイスの量産製造に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
図２は、図１のアライメント顕微鏡の概略構成を示す図である。
図３Ａは、図２の視野絞りの構成を示す図であり、図３Ｂは、図２の遮光板の構成を示す図である。
図４は、図１の露光装置のステージ制御系の概略構成を示す図である。
図５は、図１の露光装置の主制御系の概略構成を示す図である。
図６は、図１の露光装置におけるウエハ・アライメントの手順を示すフローチャートである。
図７Ａ及び図７Ｂは、サーチ・アライメントマークの例を説明するための図である。
図８は、図６のデフォーカス量測定サブルーチンの処理を示すフローチャートである。
図９は、ウエハ上の照明領域を説明するための図である。
図１０Ａは、デフォーカス量測定時に撮像される像を説明するための図であり、図１０Ｂは、デフォーカス量（ＤＦ）と像ピッチとの関係を説明するための図である。
図１１Ａは、デフォーカス量測定時の信号波形を説明するための図であり、図１１Ｂは、デフォーカス量測定時の領域を説明するための図である。
図１２は、図８の第１領域（ＡＳＬ１）に関するデフォーカス量測定サブルーチンの処理を示すフローチャートである。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、図１１Ｂの領域走査中における領域内の信号波形の変化を説明するための図である。
図１４は、位置パラメータ（ＬＷ１）と領域間一致度との関係を説明するための図である。
図１５Ａ及び図１５Ｂは、サーチ・アライメントマークの構造例及び観察波形の典型例を説明するための図である。
図１６は、図６のマーク位置検出サブルーチンの処理を示すフローチャートである。
図１７は、マーク位置検出時の領域を説明するための図である。
図１８Ａ〜図１８Ｃは、図１７の領域走査中における領域内の信号波形の変化を説明するための図である。
図１９は、位置パラメータ（ＹＰＰ１）と領域間一致度との関係を説明するための図である。
図２０Ａ〜図２０Ｃは、第１の実施形態の変形例（その１）を説明するための図である。
図２１は、第１の実施形態の変形例（その２）における領域と像との関係を説明するための図である。
図２２は、第２の実施形態で使用するマークの２次元像を説明するための図である。
図２３は、第２の実施形態におけるマーク位置検出サブルーチンの処理を示すフローチャートである。
図２４は、第２の実施形態におけるマーク位置検出時の領域を説明するための図である。
図２５は、第２の実施形態における領域内の画像信号を説明するための図である。
図２６は、位置パラメータ（ＸＰＰ１，ＹＰＰ１）と領域間一致度との関係を説明するための図である。
図２７Ａ及び図２７Ｂは、第２の実施形態の変形例を説明するための図である。
図２８Ａ及び図２８Ｂは、第２の実施形態における位置検出用マークの変形例を説明するための図である。
図２９Ａ〜図２９Ｅは、ＹマークがＣＭＰプロセスを経て形成される工程を説明するための図である。
図３０は、第１及び第２の実施形態の露光装置を用いたデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
図３１は、図３０のウエハ処理ステップにおける処理のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図２９Ｄ】
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【図２９Ｅ】
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【図３０】
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【図３１】
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