(57)【要約】物体に形成された切欠きであるノッチの互いに非平行な２つの直線状輪郭の撮像結果に基づいて、一の直線状輪郭から所定距離にある複数の等距離点から成る第１集合と、他の直線状輪郭から所定距離にある複数の等距離点から成る第２集合を求める（ステップ１２１）。そして、第１集合に属する等距離点に関する回帰曲線と第２集合に属する等距離点に関する回帰曲線とを求め（ステップ１２２）、これらの直線の交点をノッチの形成位置に応じた位置情報として求める（ステップ１２３）。この結果、撮像結果におけるノイズや、撮像結果の処理における量子化誤差の影響を低減しつつ、ノッチの形成位置に応じた位置情報が迅速かつ精度良く求められる。
2002061367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに非平行な第１の直線状輪郭及び第２の直線状輪郭を有する切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、
前記第１及び第２の直線状輪郭を撮像する第１撮像工程と；
前記第１撮像工程における撮像結果に基づいて、前記第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれから所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれから前記所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める点集合算出工程と；
前記第１集合に属する点及び前記第２集合に属する点に基づいて、前記切欠きの形成位置に応じた第１位置情報を求める第１位置情報検出工程と；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、
前記点集合算出工程は、
前記撮像結果から前記第１の直線状輪郭を抽出する第１輪郭抽出工程と；
前記抽出された前記第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれの近傍において前記第１の直線状輪郭の近似直線を求める第１直線近似工程と；
前記第１の直線状輸郭上の複数の点それぞれについて、対応する近似直線に直交する第１方向に前記所定距離だけ離れた点の位置を求める第１集合点位置算出工程と；
前記撮像結果から前記第２の直線状輪郭を抽出する第２輪郭抽出工程と；
前記抽出された前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれの近傍において前記第２の直線状輪郭の近似直線を求める第２直線近似工程と；
前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれについて、対応する近似直線に直交する第２方向に前記所定距離だけ離れた点の位置を求める第２集合点算出工程と；を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記第１位置情報検出工程は、
前記第１集合に属する点の間を順次直線補間して第１補間線を求めるとともに、前記第２集合に属する点の間を順次直線補間して第２補間線を求める直線補間工程と；
前記第１補間線と前記第２補間線との交点を前記第１位置情報として求める第１情報算出工程と；を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記第１位置情報検出工程は、
前記第１集合に属する点の第１回帰直線を求めるとともに、前記第２集合に属する点の第２回帰直線を求める回帰直線算出工程と；
前記第１回帰直線と前記第２回帰直線との交点を前記第１位置情報として求める第１情報算出工程と；を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項５】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像する第２撮像工程と；
前記第２撮像工程における撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する第２位置情報を求める第２位置情報検出工程と；
前記第１位置情報及び前記第２位置情報に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める回転位置情報検出工程と；を更に含む位置検出方法。
【請求項６】
請求項１に記載の位置検出方法において、
前記物体は円板状であり、前記切欠きはＶ字状である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、
前記第１の直線状輪郭上の複数の点から見て前記第１集合のある方向と、前記第２の直線状輪郭上の複数の点から見て前記第２集合のある方向は、それぞれ前記物体の外側に向かう方向と前記物体の内側に向かう方向の２つの方向のうちから任意に選択されることを特徴とする位置検出方法。
【請求項８】
直線的な切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、
前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を撮像する第１撮像工程と；
前記第１撮像工程における撮像結果から、前記直線状輪郭上の３個以上の点を求める輪郭点算出工程と；
前記求められた３個以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する輪郭直線推定工程と；
前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める第１位置情報検出工程と；を含む位置検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の位置検出方法において、
前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像する第２撮像工程と；
前記第２撮像工程における撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する位置情報を求める第２位置情報検出工程と；を更に含むことを特徴とする位置検出工程。
【請求項１０】
請求項８に記載の位置検出方法において、
前記物体は円板状であることを特徴とする位置検出方法。
【請求項１１】
互いに非平行な第１の直線状輪郭及び第２の直線状輪郭を有する切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記第１及び第２の直線状輪郭を含む領域を撮像する撮像装置と；
前記撮像装置による撮像結果に基づいて、前記第１の直線状輪郭上の複数の点から所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、前記第２の直線状輪郭上の複数の点から所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める点集合算出装置と；
前記第１集合に属する点及び前記第２集合に属する点に基づいて、前記切欠きの形成位置に応じた第１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１２】
請求項１１に記載の位置検出装置において、
前記撮像装置は、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、
前記位置情報算出装置は、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域の撮像結果を少なくとも使用して前記物体の代表点に関する第２位置情報を求め、前記第１位置情報及び前記第２位置情報に基づいて、前記物体の回転位置情報を求めることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１３】
直線的な切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を撮像する撮像装置と；
前記撮像装置における撮像結果から、前記直線状輪郭上の複数の点を求め、該求められた３個以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する輪郭直線推定装置と；
前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を算出する位置情報算出装置と；を備える位置検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の位置検出装置において、
前記撮像装置は、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、
前記位置情報算出装置は、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域の撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する位置情報を求めることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１５】
基板に所定のパターンを転写する露光方法であって、
前記基板の位置を請求項１〜１０のいずれか一項に記載の位置検出方法によって検出する基板位置検出工程と；
前記基板位置検出工程において検出された前記基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板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１６】
基板に所定のパターンを転写する露光装置であって、
前記基板の位置を測定する請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の位置検出装置と；
前記位置検出装置により位置検出された前記基板を搭載するステージを有するステージ装置と；を備える露光装置。
【請求項１７】
互いに非平行な第１の直線状輪郭及び第２の直線状輪郭を有する切欠きが形成された基板に所定のパターンを転写する露光装置の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を検出させるためのプログラムであって、
前記第１及び第２の直線状輪郭を撮像し、第１の撮像結果を得る手順と；
前記第１の撮像結果に基づいて、前記第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれから所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれから前記所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める手順と；
前記第１集合に属する点及び前記第２集合に属する点に基づいて、前記切欠きの形成位置に応じた第１位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプログラムにおいて、
前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、第２の撮像結果を得る手順と；
前記第２の撮像結果を少なくとも使用して、前記基板の代表点に関する第２位置情報を求める手順と；
前記第１位置情報及び前記第２位置情報に基づいて、前記基板の回転位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに更に実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１９】
直線的な切欠きが形成された基板に所定のパターンを転写する露光装置の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を検出させるためのプログラムであって、
前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を撮像し、第１の撮像結果を得る手順と；
前記第１の撮像結果から、前記直線状輪郭上の３個以上の点を求める手順と；
前記求められた３個以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する手順と；
前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のプログラムにおいて、
前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、第２の撮像結果を得る手順と；
前記第２の撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに更に実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、位置検出方法及び装置、露光方法及び装置、並びにプログラム及び情報記録媒体に係り、更に詳しくは、物体の位置情報を検出する位置検出方法及び装置、前記位置検出方法を使用する露光方法及び前記位置検出装置を備える露光装置、並びに前記露光装置の制御用コンピュータに基板の位置情報を検出させるプログラム、及び該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な情報記録媒体に関する。
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。この高精度な位置合わせを行うためには、高精度にウエハの位置検出を行うことが必要であり、このための様々な技術が提案されている。
こうした従来の位置検出方法では、ウエハの移動を規定する基準座標系とウエハ上のショット領域の配列に関する配列座標系（ウエハ座標系）との位置関係の高精度な検出（詳細（ファイン）アライメント）を行うために、ウエハ内の数箇所のファインアライメントマーク（回路パターンとともに転写された詳細位置合わせマーク）を計測する。そして、最小二乗近似等で各ショット領域の配列座標を求めた後、露光に際しては、その演算結果を用い、ウエハステージの精度に任せてステッピングを行うエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）が広く使われている。
かかるＥＧＡのためには、ウエハ上の所定箇所に形成されたファインアライメントマークを高倍率で観測する必要があるが、高倍率で観測を行うには、観測視野が必然的に狭いものとなる。そこで、狭い観測視野で確実にファインアライメントマークを捉えるために、ファインアライメントに先立って、ウエハの外縁位置を観察した結果に基づいて、ウエハの中心位置及びウエハの中心軸回りの回転量を検出することにより、所定の精度で、基準座標系と配列座標系との位置関係を検出している。この検出を、以下では「プリアライメント」という。
かかるプリアライメントにおけるウエハの中心軸回りの回転量の検出にあたっては、ウエハに形成された回転量検出用のＶ字状切欠き（以下、「ノッチ」という）又は直線的な切欠き（以下、「オリエンテーションフラット」という）が形成されたウエハ外縁部を観察する。そして、ノッチの位置やオリエンテーションフラットの傾き量に基づいて、ウエハの中心軸回りの回転量が検出されている。
より具体的には、ノッチが形成されたウエハの場合には、まず、ノッチの形成領域を撮像し、撮像結果からノッチの輪郭である２つの直線状輪郭を抽出する。引き続き、一の直線状輪郭に初期位置で接し、中心がノッチ領域にある所定半径の特定円を想定する。そして、一の直線状輪郭との接点を中心として、他の直線状輪郭に向けて、他の直線状輪郭に接するまで特定円を回転する。
こうして、他の直線状輪郭に特定円が接したときに、一の直線状輪郭に接しているといえる場合には、そのときの特定円の中心をノッチの位置として求める。また、他の直線状輪郭に特定円が接したときに、一の直線状輪郭に接しているといえない場合には、他の直線状輪郭との接点を中心として、一の直線状輪郭に向けて、一の直線状輪郭に接するまで特定円を回転する。
こうして、一の直線状輪郭に特定円が接したときに、他の直線状輪郭に接しているといえる場合には、そのときの特定円の中心をノッチの位置として求める。また、一の直線状輪郭に特定円が接したときに、他の直線状輪郭に接しているといえない場合には、上記の操作を繰り返す。
以上の探索の手法を使用することにより、ノッチの位置を検出していた。なお、上述の特定円の所定半径の値としては、機械的なピンのノッチ形成部への押し当てによるアライメント方法との整合性から、当該機械的ピンの半径の値（例えば、１．５ｍｍ）が採用されることが一般的である。
そして、上述のようにして求められたノッチ位置と別途に求められたウエハ中心位置とを結ぶ直線の傾きからウエハの中心軸回りの回転量が検出されていた（以下、「従来例１」という）。
また、オリエンテーションフラットが形成されたウエハの場合には、それぞれがオリエンテーションフラットの両端付近にある２つの領域を撮像し、各撮像領域の撮像結果ごとにウエハの外縁点を１点ずつ求める。そして、当該２点を結ぶ直線の傾きからウエハの中心軸回りの回転量が検出されていた（以下、「従来例２」という）。
上述の従来例１の方法は、ノッチの２つの直線状輪郭の双方が短いので、各直線状輪郭を精度良く直線近似することができないことを鑑みると、検出精度（再現性を含む）を確保するためには優れた方法である。
しかし、従来例１の方法は、逐次近似の探索法であるため、ノッチ位置を所定の精度で検出できるまでの時間（探索の回数）が一定しておらず、長時間を要する場合があった。一方、検出時間を一定時間以下とするために探索回数を制限する（一定回数以下に制限する）と、ノッチ位置の検出精度が低下する場合が発生し得る。
さらに、抽出された直線状輪郭に特定円が接するか否かの判断にあたって、直線状輪郭の抽出時の画像処理における量子化誤差やノイズの影響が、検出精度に直接的な悪影響を及ぼすこととなっていた。
また、従来例２の方法は、オリエンテーションフラットが比較的長く形成されていることを利用して検出精度を確保する点、及び非常に簡易である点で優れた方法である。
しかし、撮像されたオリエンテーションフラット上の点は、各撮像領域において多数存在しているのに、各１点のみの情報が利用されるだけであり、他の点の情報は全く利用されていない。しかしながら、これら利用されない点もオリエンテーションフラットの形状の情報を有しているのであるから、これらの情報を利用することにより、検出精度の向上を図ることが望まれている。
また、近年において高速計算処理が可能となっている状況を鑑みると、少々の計算量の増加であれば、検出時間の実質的な増加とはならなくなってきている。
本発明は、かかる事情の下でなされたものであり、その第１の目的は、物体の位置情報を、迅速かつ精度良く検出することができる位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、所定のパターンを基板上に精度良く形成することができる露光方法及び露光装置を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、基板の位置情報を迅速かつ精度良く検出することを可能とするプログラム及び情報記録媒体を提供することにある。
発明の開示
本発明は、第１の観点からすると、互いに非平行な第１の直線状輪郭及び第２の直線状輪郭を有する切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、前記第１及び第２の直線状輪郭を撮像する第１撮像工程と；前記第１撮像工程における撮像結果に基づいて、前記第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれから所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれから前記所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める点集合算出工程と；前記第１集合に属する点及び前記第２集合に属する点に基づいて、前記切欠きの形成位置に応じた第１位置情報を求める第１位置情報検出工程と；を含む第１の位置検出方法である。
これによれば、第１撮像工程における第１及び第２の直線状輪郭の撮像結果に基づいて、点集合算出工程において、第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれから所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれから前記所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める。この場合、例えば、第１直線状輪郭（又は、第２直線状輪郭）上の複数の点それぞれを接点として、所定距離を半径とする円が第１直線状輪郭（又は、第２直線状輪郭）に局所的に接すると判断されるときの当該円の中心点として得られる複数の点を第１集合（又は、第２集合）に属する点として求める。
こうして、第１集合（又は、第２集合）に属する点を求めるのにあたっては、当該円が、第１直線状輪郭（又は、第２直線状輪郭）から物体側へ向かう方向にあるとすることもできるし、また、第１直線状輪郭（又は、第２直線状輪郭）から切欠き側へ向かう方向にあるとすることもできる。なお、従来の機械的なピンによるプリアライメントと整合性をとる場合には、第１直線状輪郭及び第２直線状輪郭それぞれから切欠き側へ向かう方向に当該円があるとすることが必要となる。
引き続き、第１位置情報検出工程において、第１及び第２集合に属する点に基づき、第１及び第２集合それぞれに属する複数の点に統計的処理等を施すことにより、これらの点が有している第１又は第２直線状輪郭に関する情報を使用して、切欠きの形成位置に応じた第１位置情報を求める。この結果、探索法を使用することなく、かつ、複数点の情報を使用することにより、量子化誤差やノイズの影響を低減しつつ、第１位置情報が迅速かつ精度良く求められる。
この場合において、前記点集合算出工程が、前記撮像結果から前記第１の直線状輪郭を抽出する第１輪郭抽出工程と；前記抽出された前記第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれの近傍において前記第１の直線状輪郭の近似直線を求める第１直線近似工程と；前記第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれについて、対応する近似直線に直交する第１方向に前記所定距離だけ離れた点の位置を求める第１集合点位置算出工程と；前記撮像結果から前記第２の直線状輪郭を抽出する第２輪郭抽出工程と；前記抽出された前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれの近傍において前記第２の直線状輪郭の近似直線を求める第２直線近似工程と；前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれについて、対応する近似直線に直交する第２方向に前記所定距離だけ離れた点の位置を求める第２集合点算出工程と；を含むこととすることができる。
本発明の第１の位置検出方法では、前記第１位置情報検出工程が、前記第１集合に属する点の間を順次直線補間して第１補間線を求めるとともに、前記第２集合に属する点の間を順次直線補間して第２補間線を求める直線補間工程と；前記第１補間線と前記第２補間線との交点を前記第１位置情報として求める第１情報算出工程と；を含むこととすることができる。
あるいは、前記第１位置情報検出工程が、前記第１集合に属する点の第１回帰直線を求めるとともに、前記第２集合に属する点の第２回帰直線を求める回帰直線算出工程と；前記第１回帰直線と前記第２回帰直線との交点を前記第１位置情報として求める第１情報算出工程と；を含むこととすることができる。
本発明の第１の位置検出方法では、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像する第２撮像工程と；前記第２撮像工程における撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する第２位置情報を求める第２位置情報検出工程と；前記第１位置情報及び前記第２位置情報に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める回転位置情報検出工程と；を更に含むこととすることができる。
また、本発明の第１の位置検出方法では、前記物体を円板状とし、前記切欠きをＶ字状であることとすることができる。
この場合において、前記第１の直線状輪郭上の複数の点から見て前記第１集合のある方向と、前記第２の直線状輪郭上の複数の点から見て前記第２集合のある方向は、それぞれ前記物体の外側に向かう方向と前記物体の内側に向かう方向の２つの方向のうちから任意に選択されることとすることができる。
本発明は、第２の観点からすると、直線的な切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を撮像する第１撮像工程と；前記第１撮像工程における撮像結果から、前記直線状輪郭上の３以上の点を求める輪郭点算出工程と；前記求められた３以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する輪郭直線推定工程と；前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める第１位置情報検出工程と；を含む第２の位置検出方法である。
これによれば、第１撮像工程における直線状輪郭の撮像結果に基づいて、輪郭点算出工程において、直線状輪郭上の３以上の点を抽出する。引き続き、輪郭直線推定工程において、求められた３以上の点に関する回帰直線を、最小二乗法を使用して求める。こうして求められた回帰直線は、直線状輪郭上の３以上の点が有する当該直線状輪郭の形状情報を使用して求められたものなので、従来における直線状輪郭上の２点を結んで求められる直線よりも信頼性の高い直線状輪郭の近似直線となっている。
そして、第１位置情報検出工程において、求められた回帰直線（より詳細には、求められた回帰直線の傾き）に基づいて、物体の回転位置情報が求められる。この結果、量子化誤差やノイズの影響を低減しつつ、第１位置情報が迅速かつ精度良く求められる。
この場合において、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像する第２撮像工程と；前記第２撮像工程における撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する位置情報を求める第２位置情報検出工程と；を更に含むこととすることができる。
本発明の第２の位置検出方法では、前記物体を円板状であることとすることができる。
本発明は、第３の観点からすると、互いに非平行な第１の直線状輪郭及び第２の直線状輪郭を有する切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、前記第１及び第２の直線状輪郭を含む領域を撮像する撮像装置と；前記撮像装置による撮像結果に基づいて、前記第１の直線状輪郭上の複数の点から所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、前記第２の直線状輪郭上の複数の点から所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める点集合算出装置と；前記第１集合に属する点及び前記第２集合に属する点に基づいて、前記切欠きの形成位置に応じた第１位置情報を求める位置情報検出装置と；を備える第１の位置検出装置である。
これによれば、撮像装置によって得られた撮像結果に基づいて、点集合算出装置が、第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれから所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれから前記所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める。そして、位置情報検出装置が、第１集合に属する点及び第２集合に属する点に基づいて、切欠きの形成位置に応じた第１位置情報を求める。すなわち、本発明の第１の位置検出装置は、上述の本発明の第１の位置検出方法を使用して、第１位置情報を求める。したがって、第１位置情報を迅速かつ精度良く検出することができる。
この場合において、前記撮像装置が、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、前記位置情報算出装置が、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域の撮像結果を少なくとも使用して前記物体の代表点に関する第２位置情報を求め、前記第１位置情報及び前記第２位置情報に基づいて、前記物体の回転位置情報を求めこととすることができる。
本発明は、第４の観点からすると、直線的な切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を撮像する撮像装置と；前記撮像装置における撮像結果から、前記直線状輪郭上の３個以上の点を求め、該求められた複数の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する輪郭直線推定装置と；前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を算出する位置情報算出装置と；を備える第１の位置検出装置である。
これによれば、撮像装置による直線状輪郭の撮像結果に基づいて、輪郭直線推定装置が、直線状輪郭上の３以上の点を求め、該求められた３以上の点に関する回帰直線を、最小二乗法を使用して求める。そして、位置情報算出装置が、求められた回帰直線（より詳細には、求められた回帰直線の傾き）に基づいて、物体の回転位置情報を求める。すなわち、本発明の第２の位置検出装置は、本発明の第２の位置検出方法を使用して、物体の回転位置情報を求める。したがって、量子化誤差やノイズの影響を低減しつつ、回転位置情報が迅速かつ精度良く求められる。
この場合において、前記撮像装置が、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、前記位置情報算出装置は、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域の撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する位置情報を求めることとすることができる。
本発明は、第５の観点からすると、基板に所定のパターンを転写する露光方法であって、前記基板の位置を本発明の位置検出方法によって検出する基板位置検出工程と；前記基板位置検出工程において検出された前記基板の位置情報に基づいて、前記基板の位置制御を行いつつ、前記基板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、本発明の位置検出方法を使用して、基板の位置情報が精度良く検出され、検出された基板の位置情報に基づいて、基板の位置制御を行いつつ、基板にパターンを転写する。したがって、パターンを精度良く基板に転写することができる。
本発明は、第６の観点からすると、基板に所定のパターンを転写する露光装置であって、前記基板の位置を測定する本発明の位置検出装置と；前記位置検出装置により位置検出された前記基板を搭載するステージを有するステージ装置と；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位置情報が精度良く検出された基板がステージ装置のステージに搭載される。この結果、基板の位置制御を高精度で行うことができ、ひいては、パターンを精度良く基板に転写することができる。
本発明は、第７の観点からすると、互いに非平行な第１の直線状輪郭及び第２の直線状輪郭を有する切欠きが形成された基板に所定のパターンを転写する露光装置の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を検出させるための第１のプログラムであって、前記第１及び第２の直線状輪郭を撮像し、第１の撮像結果を得る手順と；前記第１の撮像結果に基づいて、前記第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれから所定距離にある複数の点から成る第１集合を求めるとともに、前記第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれから前記所定距離にある複数の点から成る第２集合を求める手順と；前記第１集合に属する点及び前記第２集合に属する点に基づいて、前記切欠きの形成位置に応じた第１位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに実行させる第１のプログラムである。
このプログラムが露光装置の制御用コンピュータにインストールされている場合、まず、前記コンピュータにより第１及び第２の直線状輪郭が撮像され、第１の撮像結果が得られる。そして、前記コンピュータによりこの第１の撮像結果に基づく、第１の直線状輪郭上の複数の点それぞれから所定距離にある複数の点から成る第１集合が求められるとともに、第２の直線状輪郭上の複数の点それぞれから前記所定距離にある複数の点から成る第２集合が求められる。そして、第１集合に属する点及び前記第２集合に属する点に基づいて、前記コンピュータにより、切欠きの形成位置に応じた第１位置情報が求められる。従って、上記第１の位置検出方法と同様の理由から、探索法を使用することなく、かつ、複数点の情報を使用することにより、量子化誤差やノイズの影響を低減しつつ、第１位置情報が迅速かつ精度良く求められることになる。
この場合において、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、第２の撮像結果を得る手順と；前記第２の撮像結果を少なくとも使用して、前記基板の代表点に関する第２位置情報を求める手順と；前記第１位置情報及び前記第２位置情報に基づいて、前記基板の回転位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに更に実行させることとすることができる。
本発明は、第８の観点からすると、直線的な切欠きが形成された基板に所定のパターンを転写する露光装置の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を検出させるための第２のプログラムであって、前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を撮像し、第１の撮像結果を得る手順と；前記第１の撮像結果から、前記直線状輪郭上の３個以上の点を求める手順と；前記求められた３個以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する手順と；前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに実行させる第２のプログラムである。
このプログラムが露光装置の制御用コンピュータにインストールされている場合、まず、前記コンピュータにより切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部が撮像され、第１の撮像結果が得られる。そして、前記コンピュータにより第１の撮像結果から、前記直線状輪郭上の３個以上の点が求められるとともに、これらに関する回帰直線が求められ、直線状輪郭が推定される。そして、コンピュータにより前記回帰直線に基づいた物体の回転位置情報が求められる。従って、上記第２の位置検出方法と同様に、量子化誤差やノイズの影響を低減しつつ、第１位置情報が迅速かつ精度良く求められる。
この場合において、前記切欠きの形成領域以外の前記物体の外縁領域を撮像し、第２の撮像結果を得る手順と；前記第２の撮像結果を少なくとも使用して、前記物体の代表点に関する位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに更に実行させることとすることができる。
本発明は、第９の観点からすると、本発明のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な情報記録媒体である。
発明を実施するための最良の形態
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る位置検出装置を備える露光装置１００の概略的な構成が示されている。この露光装置１００は、いわゆるステップ・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、露光用照明光を射出する照明系１０、マスクとしてのレチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板としてのほぼ円形のウエハＷを保持してＸＹ平面内をＸＹ２次元方向に移動するステージとしての基板テーブル１８を搭載するステージ装置としてのウエハステージ装置４５、ウエハＷの外縁形状を撮像する撮像装置としてのプリアライメント検出系ＲＡＳ、ウエハＷ上に形成されたマークを観察するアライメント検出系ＡＳ、及びこれらの制御系等を備えている。
前記照明系１０は、光源ユニット、シャッタ、オプティカルインテグレータ、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（いずれも不図示）から構成されている。この照明系１０の構成等については、例えば特開平９−３２０９５６並びに特開平６−３４９７０１号公報及びこれに対応する米国特許第５，５３４，９７０号などに開示されている。なお、オプティカルインテグレータとしては、本実施形態ではフライアイレンズが用いられるが、これに限らずロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、あるいは回折光学素子等を用いることができる。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が許す限りにおいて、上記米国特許の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
ここで、光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）、若しくはＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光源、又はＦ２レーザ光源（発振波長１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光源（発振波長１２６ｎｍ）、銅蒸気レーザ光源やＹＡＧレーザの高調波発生装置、又は超高圧水銀ランプ（ｇ線、ｉ線等）等が用いられる。
このようにして構成された照明系１０の作用を簡単に説明すると、光源ユニットで発光された照明光は、シャッタが開いているとオプティカルインテグレータに入射する。オプティカルインテグレータとしてはフライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）、あるいは回折光学素子等が用いられ、例えばフライアイレンズではその射出側焦点面に多数の光源像からなる面光源、すなわち２次光源が形成される。このオプティカルインテグレータから射出された照明光は、ビームスプリッタ及び集光レンズ系を介してレチクルブラインドに至る。そして、レチクルブラインドを通過した照明光は、結像レンズ系を介して、ミラーＭへ向けて射出される。
この後、照明光ＩＬはミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられ、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを照明する。
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、レチクルＲの位置決めのため、照明系１０の光軸ＩＸ（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向に）移動可能に構成されている。
また、このレチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベース上をリニアモータ等で構成されたレチクル駆動部（図示省略）により、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で移動可能となっている。このレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面が少なくとも照明系１０の光軸ＩＸを横切ることができるだけの移動ストロークを有している。
レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６からのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されており、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干渉計１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上には走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡（又は、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラー）と非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、レチクル干渉計１６も各移動鏡ごとに１軸分あるいは複数軸分設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計１６として示されている。
レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（速度情報）ＲＰＶはステージ制御系１９及びこれを介して主制御系２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御系２０からの指示に応じてレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
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（照明系１０の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ軸方向とされ、両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／５、１／４、又は１／６）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ＩＡＲ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ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にフォトレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の露光領域ＩＡに形成される。
前記ウエハステージＷＳＴは、例えば２次元リニアアクチュエータにより、ベースＢＳ上を走査方向であるＹ軸方向（図１における左右方向）及びＹ軸方向と直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に駆動されるようになっている。このウエハステージＷＳＴ上には基板テーブル１８が設けられている。また、基板テーブル１８上に、ウエハホルダ２５が載置され、このウエハホルダ２５によって感応基板としてのウエハＷが真空吸着によって保持されている。なお、ウエハステージＷＳＴ、基板テーブル１８、及びウエハホルダ２５でウエハステージ装置４５が構成されている。
前記基板テーブル１８は、ウエハステージＷＳＴ上にＸＹ方向に位置決めされかつＺ軸方向の移動及び傾斜が許容された状態で取り付けられている。そして、この基板テーブル１８は、異なる３点の支持点で不図示の３本の軸によって支持されており、これら３本の軸が駆動機構としてのウエハ駆動装置２１によって独立してＺ軸方向に駆動され、これによって基板テーブル１８上に保持されたウエハＷの面位置（Ｚ軸方向位置及びＸＹ平面に対する傾斜）が所望の状態に設定されるようになっている。また、ウエハホルダ２５は、Ｚ軸回りの回転が可能になっている。したがって、ウエハホルダ２５は、２次元リニアアクチュエータ及び駆動機構によって６自由度方向に駆動されるが、図１では２次元リニアアクチュエータ及び駆動機構がウエハ駆動装置２１として代表的に示されている。
基板テーブル１８上にはウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）２８からのレーザビームを反射する移動鏡２７が固定され、外部に配置されたウエハ干渉計２８により、基板テーブル１８のＸＹ面内での位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。
ここで、実際には、図２に示されるように、基板テーブル１８上には走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡２７Ｙと非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡２７Ｘとが設けられ、ウエハ干渉計２８Ｘ，２８Ｙは移動鏡ごとに１軸分あるいは複数軸分設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡２７、ウエハ干渉計２８として示されている。基板テーブル１８の位置情報（又は速度情報）ＷＰＶはステージ制御系１９及びこれを介して主制御系２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御系２０からの指示に応じて前記位置情報（又は速度情報）ＷＰＶに基づいて、ウエハ駆動装置２１を介してウエハステージＷＳＴを制御する。
また、基板テーブル１８上には、後述するオフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳの検出中心から投影光学系ＰＬの光軸までの距離を計測するベースライン計測等のための各種基準マークが形成された不図示の基準マーク板が固定されている。
前記プリアライメント検出系ＲＡＳは、ベースＢＳ上方の投影光学系ＰＬと離間した位置に、不図示の保持部材によって保持されている。このプリアライメント検出系ＲＡＳは、不図示のウエハローダによって搬送され、ウエハホルダ２５に保持されたウエハＷの外縁部３箇所の位置を検出する３つのプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを備えている。これら３つのプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、図２に示されるように、所定半径（ウエハＷの半径とほぼ同一）の円周上の中心角１２０°間隔の位置にそれぞれ配置され、その内の１つ、ここではプリアライメントセンサ４０Ａがウエハホルダ２５に保持されたウエハＷのノッチＮ（Ｖ字状の切り欠き：図２参照）を検出可能な位置に配置されている。
これらのプリアライメントセンサとしては、撮像素子と画像処理回路とから成る画像処理方式のセンサが用いられている。そして、プリアライメント検出系ＲＡＳによるウエハＷの外縁の撮像結果データＩＭＤ１は、主制御系２０に供給されている。なお、撮像結果データＩＭＤ１は、プリアライメントセンサ４０Ａによる撮像結果データＩＭＡと、プリアライメントセンサ４０Ｂによる撮像結果データＩＭＢと、プリアライメントセンサ４０Ｃによる撮像結果データＩＭＣとから構成されている。
なお、ウエハＷがウエハホルダ２５に載置される前、すなわちウエハローダに保持された状態で、ウエハＷの外縁部３箇所をプリアライメント検出系ＲＡＳで撮像してもよい。
図１に戻り、前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像アライメントセンサから成るオフアクシス方式のアラインメント顕微鏡が用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報及び米国特許５，８５９，７０７号等に開示されている。アライメント検出系ＡＳで観測されたウエハＷの像データＩＭＤ２は、主制御系２０に供給される。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が許す限りにおいて、上記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。
更に、図１の装置には、露光領域ＩＡ（前述した照明領域ＩＡＲに共役なウエハＷ上の領域）内部分及びその近傍領域にそれぞれ設定される計測点でウエハＷ表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（不図示）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系は、光ファイバ束、集光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射対物レンズから成る照射光学系と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光器から成る受光光学系と（いずれも不図示）から構成されている。この多点フォーカス位置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が許す限りにおいて、上記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。
前記主制御系２０は、図３に示されるように、主制御装置５０と記憶装置７０とを備えている。主制御装置５０は、（ａ）レチクルＲの位置情報（速度情報）ＲＰＶ及びウエハＷの位置情報（速度情報）ＷＰＶに基づいて、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の動作全体を制御する制御装置５９と、（ｂ）プリアライメント検出系ＲＡＳから供給された撮像データＩＭＤ１を収集する撮像データ収集装置５１と、（ｃ）該撮像データ収集装置５１によって収集された撮像データに基づきウエハＷの外縁位置を抽出する外縁抽出装置５２と、（ｄ）ノッチＮの形成部分における直線状のウエハ外縁の各点からウエハＷの外側に所定距離にある等距離点の位置を算出する点集合算出装置としての等距離点位置算出装置５３と、（ｅ）抽出された外縁位置及び算出された等距離点位置に基づいて、ウエハＷの中心位置と回転位置とを算出する位置情報算出装置５４とを備えている。
また、記憶装置７０は、その内部に撮像データ格納領域７１と、外縁位置格納領域７２と、等距離点位置格納領域７３と、ウエハ位置情報格納領域７４とを有している。なお、図３においては、データの流れが実線矢印で示され、制御の流れが点線矢印で示されている。主制御系２０の各装置の作用は後述する。
本実施形態では、主制御装置５０を上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御系２０を計算機システムとして構成し、主制御装置５０を構成する上記の各装置の後述する機能を主制御系２０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、主制御装置５０を計算機システムとして構成した場合には、主制御装置５０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装置５０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、当該プログラムを格納した記録媒体としての記憶媒体９１を用意するとともに、記憶媒体９１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９１を着脱可能な読み取り装置９０を主制御系２０に接続し、主制御系２０が、読み取り装置９０に装填された記憶媒体９１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、当該プログラムを実行するように構成することができる。
また、主制御系２０が読み取り装置９０に装填された記憶媒体９１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９１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。
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。
以下、本実施形態の露光装置１００による露光動作を、主に図４を参照するとともに、適宜他の図面を参照しながら説明する。
まず、図４のステップ１０１において、不図示のレチクルローダにより、転写したいパターンが形成されたレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、不図示のウエハローダにより、露光したいウエハＷが基板テーブル１８上にロードされる。
次に、ステップ１０２において、ウエハＷをプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ，４０Ｃによる撮像位置へ移動する。この移動は、主制御系２０（より詳しくは、制御装置５９（図３参照））がステージ制御系１９及びステージ駆動装置２１を介して基板テーブル１８を移動させ、ウエハＷのノッチＮがプリアライメントセンサ４０Ａの真下に、また、ウエハＷの外縁がプリアライメントセンサ４０Ｂ，４０Ｃの真下に来るように、ウエハＷの位置を大まかに合わせることにより行われる。
引き続き、ステップ１０３において、プリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ，４０Ｃが、ウエハＷの外縁近傍を撮像する。こうした撮像結果の例が、図５Ａ〜図５Ｃに示されている。ここで、図５Ａには、プリアライメントセンサ４０Ａの撮像視野ＶＡＡ内のウエハＷ像が示されている。また、図５Ｂには、プリアライメントセンサ４０Ｂの撮像視野ＶＡＢ内のウエハＷ像が示されている。図５Ｃには、プリアライメントセンサ４０Ｃの撮像視野ＶＡＣ内のウエハＷ像が示されている。なお、図５Ａに示されように、ノッチＮはＶ字状であり、互いに非平行な２つの直線状輪郭ＮＥ１，ＮＥ２を有している。
こうして、撮像されたウエハＷの撮像データＩＭＤ１は、主制御系２０に供給される。主制御系２０では、撮像データ収集装置５１が撮像データＩＭＤ１を受信し、撮像データ格納領域７１に受信データを格納する。
図４に戻り、次いで、サブルーチン１０４において、撮像データ格納領域７１に格納されたウエハＷの外縁近傍の撮像データに基づいて、ウエハＷの位置情報として、ウエハＷの中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）と、ウエハＷの回転位置とが算出される。
サブルーチン１０４では、まず、図６に示されるように、ステップ１１１において、外縁抽出装置５２が、撮像データ格納領域７１から撮像データを読み出して、ウエハＷの外縁点を抽出し、それらの位置を求める。こうして抽出された外縁点の内、撮像視野ＶＡＡ内においてノッチＮ近傍を除いたものを外縁点ＰＡｉ（ＸＡｉ，ＹＡｉ）（ここで、ｉ＝１〜ＮＡ）と表し（図５Ａ参照）、撮像視野ＶＡＢ内のものを外縁点ＰＢｊ（ＸＢｊ，ＹＢｊ）（ここで、ｊ＝１〜ＮＢ）と表し（図５Ｂ参照）、撮像視野ＶＡＣ内のものを外縁点ＰＣｋ（ＸＣｋ，ＹＡｋ）（ここで、ｋ＝１〜ＮＣ）と表す（図５Ｃ参照）ものとする。なお、これらの外縁点ＰＡｉ，ＰＢｊ，ＰＣｋの全てを表す場合には、外縁点Ｐｒ（Ｘｒ，Ｙｒ）（ここで、ｒ＝１〜ＮＲ（＝ＮＡ＋ＮＢ＋ＮＣ））と記すものとする。
また、撮像視野ＶＡＡ内において抽出された、ノッチＮの輪郭全体のウエハ外縁点をＰＮｖ（ＸＮｖ，ＹＮｖ）（ここで、ｖ＝１〜ＮＶ）と表わすものとする（図５Ａ参照）。
外縁抽出装置５２は、こうして抽出された外縁点Ｐｒ（Ｘｒ，Ｙｒ），ＰＮｖ（ＸＮｖ，ＹＮｖ）を外縁位置格納領域７２に格納する。
引き続き、サブルーチン１１２において、ノッチＮの位置情報の算出が行われる。このサブルーチン１１２においては、図７に示されるように、まず、サブルーチン１２１において、等距離点位置算出装置５３が、外縁位置格納領域７２から外縁点ＰＮｖ（ＸＮｖ，ＹＮｖ）を読み出し、各外縁点ＰＮｖ（ＸＮｖ，ＹＮｖ）からの等距離点位置を算出する。
サブルーチン１２１においては、図８に示されるように、ステップ１３１において、等距離点位置算出装置５３が、図９Ａに示されるノッチＮの直線状輪郭ＮＥ１における＋Ｘ側端点付近の外縁点ＰＥ１１（ＸＥ１１，ＹＥ１１）を、等距離点位置算出の算出対象の外縁点ＰＥ１ｕ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）（ｕ＝１，２，…）に関する出発点に設定する。すなわち、パラメータｕを１に設定する。また、後述する処理のために、値ＸＦ１０を十分大きな値に設定する。なお、外縁点ＰＥ１ｕ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）（ｕ＝１，２，…）は、添字ｕの昇順に−Ｘ方向に並んでいるものとする。また、直線状輪郭ＮＥ１においては出発点ＰＥ１１（ＸＥ１１，ＹＥ１１）の＋Ｘ方向側にも、後述する回帰直線の算出のために必要な数の外縁点が存在するものとする。
図８に戻り、次に、ステップ１３２において、等距離点位置算出装置５３が、外縁点ＰＥ１ｕ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）（ｕ＝１）及び当該外縁点周辺の外縁点から成る３以上の所定数ｃ１の外縁点について、最小二乗法を用いて、図９Ｂに示される回帰直線ＬＥ１ｕを算出する。なお、図９Ｂには、当該所定数ｃ１を７とした例が示されている。
図８に戻り、引き続き、ステップ１３３において、等距離点位置算出装置５３が、外縁点ＰＥ１ｕ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）（ｕ＝１）に対応する等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）（図９Ｂ参照）の位置を算出する。かかる等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）の位置の算出にあたっては、図９Ｂに示されるように、求められた回帰直線ＬＥ１ｕに直交し、ウエハＷの外部へ向かう方向に、外縁点ＰＥ１ｕ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）から所定距離ＲＰだけ離れた位置を出発点に関する等距離点ＰＦ１ｕの位置（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）として求める。
ここで、所定距離ＲＰについては、任意に選択することができる。本実施形態においては、従来の位置合わせピンによるプリアライメント結果との整合性を保つために、所定距離ＲＰを従来の位置合わせピンの半径（例えば、１．５ｍｍ）としている。なお、以下の説明においては、所定距離ＲＰとしては、Ｖ字状のノッチＮの輪郭において直線状とはいえない部分、すなわち、Ｖ字の頂点付近の輪郭形状の曲率半径よりも大きな値を採用しているものとする。
図８に戻り、次いで、ステップ１３４において、等距離点位置算出装置５３が、新たに求められた等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）のＸ座標ＸＦ１ｕが前回求められた等距離点ＰＦ１ｕ−１（ＸＦ１ｕ−１，ＹＦ１ｕ−１）のＸ座標ＸＦ１ｕ−１より大きいか否かを判定し、この結果を利用して、等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）がもはや直線状輪郭ＮＥ１上にないのか否かの判定する。このようにして、等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）がもはや直線状輪郭ＮＥ１上にないのか否かの判定を行うことができるのは、Ｖ字状のノッチＮの場合、上記のように、所定距離ＲＰがＶ字の頂点付近の輪郭形状の曲率半径よりも大きく、かつ直線状輪郭ＮＥ１上に等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）及び等距離点ＰＦ１ｕ−１（ＸＦ１ｕ−１，ＹＦ１ｕ−１）があれば、Ｘ座標ＸＦ１ｕが、Ｘ座標ＸＦ１ｕ−１より大きくなることはないし、その一方で、等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）が直線状輪郭ＮＥ１上からはずれると、いずれＸ座標ＸＦ１ｕが、Ｘ座標ＸＦ１ｕ−１より大きくなってしまうからである。
この段階では、パラメータｕは１であり、ステップ１３４では、Ｘ座標ＸＦ１１と、上述のように予め定められた値ＸＦ１０とが比較されるが、値ＸＦ１０は十分に大きな値なので、否定的な判定がなされる。この結果、処理はステップ１３５に移行する。
ステップ１３５では、等距離点位置算出装置５３が、パラメータｕをインクリメントする。そして、処理がステップ１３２に移行する。
以後、ステップ１３４において肯定的な判定がなされるまで、すなわち、外縁点ＰＥ１ｕ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）が直線状輪郭ＮＥ１から外れたと判定されるまで、直線状輪郭ＮＥ１上にあると判定された外縁点に応じた等距離点の位置が順次算出される。
そして、ステップ１３４において肯定的な判断がなされると、等距離点位置算出装置５３は、求められた等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）を等距離点位置格納領域７３に格納する。そして、処理がステップ１３６に移行する。
ステップ１３６では、等距離点位置算出装置５３が、図１０Ａに示されるノッチＮの直線状輪郭ＮＥ２における−Ｘ側端点付近の外縁点ＰＥ２１（ＸＥ２１，ＹＥ２１）を、等距離点位置算出の算出対象の外縁点ＰＥ２ｔ（ＸＥ２ｔ，ＹＥ２ｔ）（ｔ＝１，２，…）に関する出発点に設定する。すなわち、パラメータｔを１に設定する。また、後述する処理のために、値ＸＦ２０を十分小さな値に設定する。なお、外縁点ＰＥ２ｔ（ＸＥ２ｔ，ＹＥ２ｔ）（ｔ＝１，２，…）は、添字ｔの昇順に＋Ｘ方向に並んでいるものとする。また、直線状輪郭ＮＥ２においては出発点ＰＥ２１（ＸＥ２１，ＹＥ２１）の−Ｘ方向側にも、後述する回帰直線ＬＥ２１の算出のために必要な数の外縁点が存在するものとする。
図８に戻り、次に、ステップ１３７において、等距離点位置算出装置５３が、外縁点ＰＥ２ｔ（ＸＥ２ｔ，ＹＥ２ｔ）（ｔ＝１）及び当該外縁点周辺の外縁点から成る所定数ｃ１の外縁点について、最小二乗法を用いて、図１０Ｂに示される回帰直線ＬＥ２ｔを算出する。なお、図１０Ｂにおいても、図９Ｂと同様に、当該所定数ｃ１を７とした例が示されている。
図８に戻り、引き続き、ステップ１３８において、等距離点位置算出装置５３が、上述のステップ１３３における等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）の位置の算出と同様にして、等距離点ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）（図１０Ｂ参照）の位置を算出する。
次いで、ステップ１３９において、等距離点位置算出装置５３が、新たに求められた等距離点ＰＦ２（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）のＸ座標ＸＦ２ｔが前回求められた等距離点ＰＦ２ｔ−１（ＸＦ２ｔ−１，ＹＦ２ｔ−１）のＸ座標ＸＦ２ｔ−１より小さいか否かを判定し、これを利用して、外縁点ＰＥ２ｔ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）がもはや直線状輪郭ＮＥ２上にないのか否かを判定する。このようにして、外縁点ＰＥ２ｔ（ＸＥ１ｕ，ＹＥ１ｕ）がもはや直線状輪郭ＮＥ２上にないのか否かを判定することができるのは、Ｖ字状のノッチＮの場合、上記のように、所定距離ＲＰがＶ字の頂点付近の輪郭形状の曲率半径よりも大きく、かつ直線状輪郭ＮＥ２上に等距離点ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）及び等距離点ＰＦ２ｔ−１（ＸＦ２ｔ−１，ＹＦ２ｔ−１）があれば、Ｘ座標ＸＦ２ｔが、Ｘ座標ＸＦ２ｔ−１より小さくなることはないし、その一方で、等距離点ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）が直線状輪郭ＮＥ２上からはずれると、いずれＸ座標ＸＦ２ｔが、Ｘ座標ＸＦ２ｔ−１より小さくなってしまうからである。
この段階では、パラメータｔは１であり、ステップ１３９では、Ｘ座標ＸＦ２１と、上述のように予め定められた値ＸＦ２０とが比較されるが、値ＸＦ２０は十分に小さな値なので、否定的な判定がなされる。この結果、処理はステップ１４０に移行する。
ステップ１４０では、等距離点位置算出装置５３が、パラメータｔをインクリメントする。そして、処理がステップ１３７に移行する。
以後、ステップ１３９において肯定的な判定がなされるまで、すなわち、外縁点ＰＥ２ｔ（ＸＥ２ｔ，ＹＥ２ｔ）が直線状輪郭ＮＥ２から外れたと判定されるまで、直線状輪郭ＮＥ２上にあると判定された外縁点に応じた等距離点の位置が順次算出される。
そして、ステップ１３９において肯定的な判断がなされると、等距離点位置算出装置５３は、求められた等距離点ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）を等距離点位置格納領域７３に格納する。そして、サブルーチン１２１の処理が終了し、処理が図７のステップ１２２に移行する。
ステップ１２２では、位置情報算出装置５４が、等距離点位置格納領域７３から等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ），ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）を読み出し、等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）に関する回帰直線ＬＦ１（図１１参照）及び等距離点ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）に関する回帰直線ＬＦ２（図１１参照）を算出する。かかる回帰直線ＬＦ１及び回帰直線ＬＦ２の算出にあたり、位置情報算出装置５４は、等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）の１点と等距離点ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）の１点との組合せにおいて、図１１に示されるような、２点間の距離が最小となる組合せ［ＰＦ１ｍ（ＸＦ１ｍ，ＹＦ１ｍ），ＰＦ２ｎ（ＸＦ２ｎ，ＹＦ２ｎ）］を求める。以下、当該組合せ［ＰＦ１ｍ（ＸＦ１ｍ，ＹＦ１ｍ），ＰＦ２ｎ（ＸＦ２ｎ，ＹＦ２ｎ）］を最近傍対といい、また、点ＰＦ１ｍ（ＸＦ１ｍ，ＹＦ１ｍ），ＰＦ２ｎ（ＸＦ２ｎ，ＹＦ２ｎ）それぞれを最近傍点というものとする。
次に、位置情報算出装置５４は、等距離点ＰＦ１ｕ（ＸＦ１ｕ，ＹＦ１ｕ）の中から、図１１に示されるように、最近傍点ＰＦ１ｍ（ＸＦ１ｍ，ＹＦ１ｍ）、最近傍点ＰＦ１ｍ（ＸＦ１ｍ，ＹＦ１ｍ）から−Ｘ側に所定数ｃ２個の点ＰＦ１ｍ＋１（ＸＦ１ｍ＋１，ＹＦ１ｍ＋１）〜ＰＦ１ｍ＋ｃ２（ＸＦ１ｍ＋ｃ２，ＹＦ１ｍ＋ｃ２）、及び＋Ｘ側に所定数ｃ３個の点ＰＦ１ｍ−ｃ３（ＸＦ１ｍ−ｃ３，ＹＦ１ｍ−ｃ３）〜ＰＦ１ｍ−１（ＸＦ１ｍ−１，ＹＦ１ｍ−１）の合計（ｃ２＋ｃ３＋１）個の点を抽出する。そして、これらの点に関する回帰直線ＬＦ１（Ｙ＝Ａ１・Ｘ＋Ｂ１）を、最小二乗法を使用して算出する。
引き続き、位置情報算出装置５４は、等距離点ＰＦ２ｔ（ＸＦ２ｔ，ＹＦ２ｔ）の中から、図１１に示されるように、最近傍点ＰＦ２ｎ（ＸＦ２ｎ，ＹＦ２ｎ）、最近傍点ＰＦ２ｎ（ＸＦ２ｎ，ＹＦ２ｎ）から＋Ｘ側に所定数ｃ２個の点ＰＦ２ｎ＋１（ＸＦ２ｎ＋１，ＹＦ２ｎ＋１）〜ＰＦ２ｎ＋ｃ２（ＸＦ２ｎ＋ｃ２，ＹＦ２ｎ＋ｃ２）、及び−Ｘ側に所定数ｃ３個の点ＰＦ２ｎ−ｃ３（ＸＦ２ｎ−ｃ３，ＹＦ２ｎ−ｃ３）〜ＰＦ２ｎ−１（ＸＦ２ｎ−１，ＹＦ２ｎ−１）の合計（ｃ２＋ｃ３＋１）個の点を抽出する。そして、これらの点に関する回帰直線ＬＦ２（Ｙ＝Ａ２・Ｘ＋Ｂ２）を、最小二乗法を使用して算出する。
次いで、位置情報算出装置５４は、回帰直線ＬＦ１と回帰直線ＬＦ２との交点位置ＱＮ（ＸＮ，ＹＮ）を、ノッチ位置として求める。こうして、サブルーチン１１２の処理を終了し、処理が図６のステップ１１３に移行する。
ステップ１１３では、位置情報算出装置５４が、外縁位置格納領域７２から外縁点Ｐｒ（Ｘｒ，Ｙｒ）を読み出し、外縁点Ｐｒ（Ｘｒ，Ｙｒ）に基づいてウエハの中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）（図１２参照）を算出する。かかるウエハの中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）の算出にあたり、本実施形態では、中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）及び半径Ｒの円の円周上の点（Ｘ，Ｙ）では、
2002061367.tif 000003
という関係が成り立つことから、この（１）式を変形した、
2002061367.tif 000004
の関係を使用して、統計的な手法を用いて、ウエハの中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）を算出している。
すなわち、本実施形態では、以上の（２），（３）式の関係に基づいて、位置情報算出装置５４は、外縁位置Ｐｒ（Ｘｒ，Ｙｒ）について、誤差をεｒとして、次の（４）式のようなＮＲ個の誤差方程式を作成する。
2002061367.tif 000005
ここで、（４）式を行列及びベクトルによって表現すると、次の（５）〜（９）式となる。なお、本明細書において、［英文字（又はギリシャ文字）］と記した場合、英文字（又はギリシャ文字）が大文字のときには行列を表し、英文字（又はギリシャ文字）が小文字のときにはベクトルを表すものとする。
2002061367.tif 000006
2002061367.tif 000007
位置情報算出装置５４は、以上のようにして求められた誤差方程式に基づいて、最小二乗法により、誤差εｒの二乗和が最小となる中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）と半径Ｒとの値を算出する。具体的には、推定値算出装置５４は、まず、（５）式におけるベクトル［ａ］の最小二乗解を、
2002061367.tif 000008
を計算することにより求める。ここで、ｔ［Ａ１］は、［Ａ１］の転置行列である。
計算されたベクトル［ａ１］の成分は、（７）式により、値ＸＱ０、ＹＱ０、Ｃ０であるので、算出されたベクトル［ａ１］の成分から中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）が得られる。なお、必要に応じて、（３）式の関係より、半径Ｒを、
2002061367.tif 000009
により、更に算出することも可能である。
次に、ステップ１１４において、位置情報算出装置５４が、上述のようにして求められたノッチ位置ＱＮ（ＸＮ，ＹＮ）と中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）とを結ぶ直線Ｌ０（Ｙ＝Ａ０・Ｘ＋Ｂ０）の傾きＡ０を、
2002061367.tif 000010
により算出する。そして、ウエハＷの移動すなわちウエハステージＷＳＴの移動を規定する基準座標系に対する回転θを、
2002061367.tif 000011
により算出する。
位置情報算出装置５４は、こうして求められたウエハの中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）及びウエハＷの回転θを、ウエハＷの位置情報としてウエハ位置情報格納領域７４に格納する。そして、サブルーチン１０４の処理を終了し、図４のメインルーチンにリターンし、処理がステップ１０５に移行する。
図４のステップ１０５において、制御装置５９は、上記で求めたウエハＷの形状測定以外の露光準備用計測を行う。すなわち、制御装置５９は、基板テーブル１８上に配置された不図示の基準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更にアライメント検出系ＡＳのベースライン量の測定等の準備作業を行う。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、例えば特開平４−３２４９２３号公報及びこれに対応する米国特許第５，２４３，１９５号に詳細に開示されている。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が許す限りにおいて、上記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。
また、ウエハＷに対する露光が、第２層目以降の露光であるときには、既に形成されている回路パターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを形成するため、上述のウエハＷの位置情報検出結果に基づいて、上述の基準座標系と、ウエハＷ上の回路パターンの配列すなわちチップ領域の配列に関する配列座標系との位置関係が、アライメント検出系ＡＳを使用して高精度で検出される。
次いで、ステップ１０６において、露光が行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷのＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット）の露光のための走査開始位置となるように、基板テーブル１８が移動される。この移動は、ウエハ位置情報格納領域７４から読み出された上述のウエハＷの位置情報検出結果、ウエハ干渉計２８からの位置情報（速度情報）等（第２層目以降の露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位置関係の検出結果、ウエハ干渉計２８からの位置情報（速度情報）等）に基づき、主制御系２０によりステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１等を介して行われる。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。この移動は、主制御系２０によりステージ制御系１９及び不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。
次に、ステージ制御系１９が、主制御系２０からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系によって検出されたウエハのＺ位置情報、レチクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ位置情報、ウエハ干渉計２８によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及びウエハ駆動装置２１を介して、ウエハＷの面位置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移動させて走査露光を行う。
こうして、最初のショット領域の露光が終了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位置となるように、基板テーブル１８が移動されるとともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そして、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にして各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完了する。
そして、ステップ１０７において、ウエハステージＷＳＴがアンロード位置に移動された後、不図示のウエハアンローダにより、ウエハＷが基板テーブル１８からアンロードされる。こうして、ウエハ１枚についての露光処理が終了する。
なお、上記露光処理が第１層目の走査露光である場合は、前述の位置検出結果に基づいて、ウエハＷ上におけるショット領域の位置が補正され、結果としてショット領域の配列座標系は設計上の座標系に対する座標原点のシフト量や回転θがほぼ零となるが、例えば中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）のシフト量や回転θが小さいときは、その位置情報検出結果に基づくショット位置の補正は行わなくともよい。また、上記露光処理が第２層目以降の走査露光である場合は、走査露光に先立ってファインアライメントが行われるので、走査露光におけるレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの同期移動で前述の位置情報検出結果を用いる必要はなく、ファインアライメント時におけるウエハステージＷＳＴの移動のみでその位置情報検出結果が用いられることになる。
さらに、第１層目ではその走査露光、第２層目ではファインアライメントに先立ち、前述の位置情報検出結果に基づいて、例えばウエハＷ又はウエハホルダ２５を回転させるようにしてもよい。この場合は、第１層目の走査露光や第２層目以降のファインアライメントで、前述の位置情報検出結果すなわち回転θを用いる必要がなくなる。このとき、ウエハＷの回転θの代わりに、あるいはそれに加えて、前述の位置検出結果すなわち中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）に基づいてウエハホルダ２５上におけるウエハＷの位置を微調整することにより、以降の動作で中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）を用いる必要がなくなる。
以上説明したように、本実施形態によれば、ノッチＮの直線状輪郭ＮＥ１，ＮＥ２の撮像結果に基づいて、直線状輪郭ＮＥ１から所定距離ＰＲにある複数の点と、直線状輪郭ＮＥ２から所定距離ＰＲにある複数の点を求める。そして、これらの点位置に基づいて、ノッチＮの形成位置に応じた位置情報であるノッチ位置ＱＮ（ＸＮ，ＹＮ）を検出する。したがって、撮像結果におけるノイズや、外縁位置抽出時における量子化誤差の影響を低減しつつ、ノッチＮの形成位置に応じた位置情報を迅速かつ精度良く求めることができる。
また、直線状輪郭ＮＥ１や直線状輪郭ＮＥ２の各点から所定距離ＰＲにある複数の点を求める際に、各点周辺における回帰直線を統計的に求め、所定距離ＰＲ隔たる方向を決定するので、ノッチＮの形成位置に応じた位置情報を迅速かつ精度良く求めることができる。
また、直線状輪郭ＮＥ１から所定距離ＰＲにある複数の点に関する回帰直線ＬＦ１を統計的に求めるとともに、直線状輪郭ＮＥ２から所定距離ＰＲにある複数の点に関する回帰直線ＬＦ２を統計的に求め、これらの２直線の交点をノッチ位置ＱＮ（ＸＮ，ＹＮ）とするので、ノッチＮの形成位置に応じた位置情報を迅速かつ精度良く求めることができる。
また、迅速かつ精度良く求められたノッチ位置ＱＮ（ＸＮ，ＹＮ）を使用して、ウエハの回転θを求めるので、回転θも迅速かつ精度良く求めることができる。
また、本実施形態の露光装置によれば、上述のようなウエハＷの位置情報の検出方法を使用して、ウエハＷの位置情報を迅速かつ精度良く検出し、その検出結果に基づいて、ウエハＷの位置制御を行いつつ、ショット領域にパターンを転写する。したがって、パターンを迅速かつ精度良くショット領域に転写することができる。
なお、本実施形態では、ノッチ位置ＱＮ（ＸＮ，ＹＮ）を、回帰直線ＬＦ１と回帰直線ＬＦ２との交点として求めたが、図１３に示されるように、最近傍点ＰＦ１ｍ（ＸＦ１ｍ，ＹＦ１ｍ）周辺の所定数の点を順次補間した折れ線ＬＦ１’と、最近傍点ＰＦ２ｎ（ＸＦ２ｎ，ＹＦ２ｎ）周辺の所定数の点を順次直線補間した折れ線ＬＦ２’との交点として求めることも可能である。
また、本実施形態のように２本の回帰直線ＬＦ１，ＬＦ２の交点を求める方法と、上述のように２本の折れ線ＬＦ１’，ＬＦ２’の交点を求める方法とを、オペレータの指示より選択できる構成とすることも可能である。さらに、回帰直線ＬＦ１，ＬＦ２を求めたときに、使用した点の回帰直線ＬＦ１，ＬＦ２からのばらつきが大きいときに、２本の折れ線ＬＦ１’，ＬＦ２’の交点を求める方法を使用することも可能である。
また、本実施形態では、２本の回帰直線ＬＦ１，ＬＦ２を求める際に、最近傍点を中心に所定数の点を抽出したが、等距離点ＰＦ１ｕ，ＰＦ２ｔの２点以上を使用するのであれば、統計的に妥当な回帰直線を得ることができる。
また、ノッチＮ周辺の撮像の結果、ノッチＮの輪郭の一部がかすれたり、ぼやけたりして、ノッチＮの輪郭の一部を抽出できない場合であっても、等距離点ＰＦ１ｕ，ＰＦ２ｔそれぞれを２点ずつ以上求めることができれば、それらの点に基づいて２本の回帰直線を求め、それらの交点を求めることにより、妥当なノッチ位置ＱＮ（ＸＮ，ＹＮ）を求めることができる。なお、ノッチＮの輪郭の一部がかすれたり、ぼやけたりした場合には、上述の最近傍点を求めることができないことが発生し得るが、その場合には、求められた等距離点ＰＦ１ｕ，ＰＦ２ｔそれぞれから２点以上を選択して使用すればよい。
また、本実施形態では、ウエハＷの中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）を、上述の（５）〜（１０）式を用いて求めたが、他の方法によって求めることも可能である。例えば、撮像視野ＶＡＡ内のウエハＷの外縁位置ＰＡｉ（ＸＡｉ，ＹＡｉ）の集合、撮像視野ＶＡＢ内のウエハＷの外縁位置ＰＢｊ（ＸＢｊ，ＹＢｊ）の集合、及び撮像視野ＶＡＣ内のウエハＷの外縁位置ＰＣｋ（ＸＣｋ，ＹＣｋ）の集合それぞれを、小集合ＳＡａ（ａ＝１〜ＴＡ），ＳＢｂ（ｂ＝１〜ＴＢ），ＳＣｃ（ｃ＝１〜ＴＣ）に分割し、各小集合ＳＡａ，ＳＢｂ，ＳＣｃそれぞれから任意に１つずつ選んだ３つの小集合の組合せそれぞれを使用して、ウエハＷの中心位置を推定するとともに、その確からしさを求める。そして、各推定中心位置をその確からしさで重み付けて、重み付け平均値を算出することにより、ウエハＷの中心位置Ｑ０（ＸＱ０，ＹＱ０）を求めることもできる。
また、同一の円において、２つの弦それぞれの垂直二等分線の交点は、その円の中心であることを利用して、ハフ変換を用いて、統計的にウエハＷの中心位置を推定することもできる。
また、上記の実施形態では、等距離点ＰＦ１ｕ，ＰＦ２ｔを求めるにあたり、ウエハＷの外側へ向かう方向に所定距離ＲＰだけ離れた点を求めることにしたが、ウエハＷの内側へ向かう方向に所定距離ＲＰだけ離れた点を求めることにしてもよい。さらに、直線状輪郭ＮＥ１，ＮＥ２ごとに、ウエハＷの外側へ向かう方向に所定距離ＲＰだけ離れた点を求めるか、ウエハＷの内側へ向かう方向に所定距離ＲＰだけ離れた点を求めるかを個別に決めてもよい。
また、上記の実施形態では、所定距離ＲＰを２つの直線状輪郭間の形状の曲率半径よりも大きくしたが、各直線状輪郭状の点に応じた等距離位置であるか否かを判断できれば、所定距離ＲＰは当該曲率半径よりも小さいものであってもよい。
また、上記の実施形態では、切欠きをＶ字状のノッチとしたが、互いに非平行な２つの直線状輪郭を有する切欠きであれば、上記実施形態と同様にして、切欠きの形成位置に応じた位置情報を求めることができる。
《第２の実施形態》
以下、本発明の第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、図１４に示されるように、直線状の切欠きが形成され、オリエンテーションフラットＯＦを有するウエハＷ’を露光することに伴い、３つのプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの配置位置、主制御装置５０の構成、記憶装置７０の構成、及び上述の図４におけるサブルーチン１０４におけるウエハＷ’の位置情報の算出処理のみが、第１の実施形態と異なる。かかる相違点に主に着目して、以下において、本実施形態の説明を行う。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。
図１４に示されるように、プリアライメントセンサ４０Ａ及びプリアライメントセンサ４０Ｂそれぞれは、オリエンテーションフラットＯＦの両端付近を撮像する位置に配置されている。また、プリアライメントセンサ４０Ｃは、オリエンテーションフラットＯＦの形成部以外のウエハＷの外縁位置（図１４では、オリエンテーションフラットＯＦが６時方向に形成されているとしたときの３時方向の外縁位置）を撮像する位置に配置されている。
本実施形態の主制御装置５０は、図１５に示されるように、第１の実施形態と同様に、制御装置５９と、撮像データ収集装置５１と、外縁抽出装置５２とを備えている。そして、本実施形態の主制御装置５０は、オリエンテーションフラットＯＦの撮像結果に基づいて、ウエハＷ’の回転を算出する回転算出装置５６と、算出されたウエハＷ’の回転とウエハＷ’の外縁の撮像結果とに基づいて、ウエハＷ’の中心位置を算出する中心位置算出装置５７とを更に備えている。
また、本実施形態の記憶装置７０は、第１の実施形態と同様に、撮像データ格納領域７１と、外縁位置格納領域７２とを有している。そして、本実施形態の記憶装置７０は、回転情報格納領域７６と、ウエハ位置情報格納領域７７とを更に有している。なお、図１５においても、図３と同様に、データの流れが実線矢印で示され、制御の流れが点線矢印で示されている。
なお、本実施形態では、主制御装置５０を上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、第１の実施形態の場合と同様に、主制御系２０を計算機システムとして構成し、主制御装置５０を構成する上記の各装置の後述する機能を主制御系２０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。
次に、本実施形態の露光装置１００による露光動作を説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様にして、図４のステップ１０１〜１０３において、レチクルＲ及びウエハＷ’がロードされ、ウエハＷ’がプリアライメント検出系ＲＡＳによる撮像位置に移動されて撮像され、撮像データＩＭＤ１が、撮像データ収集装置５１を介して、撮像データ格納領域７１に格納される。なお、ステップ１０２におけるウエハＷ’のプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ，４０Ｃによる撮像位置への移動では、上述の図１４に示されるように、ウエハＷ’のオリエンテーションフラットＯＦがプリアライメントセンサ４０Ａ，４０Ｂの真下に、また、ウエハＷ’の外縁がプリアライメントセンサ４０Ｃの真下に来るように、ウエハＷ’が移動される。
こうしてプリアライメントセンサ４０Ａ、４０Ｂ，４０Ｃによって撮像されたた撮像結果の例が、図１６Ａ〜図１６Ｃに示されている。ここで、図１６Ａには、プリアライメントセンサ４０Ａの撮像視野ＶＡＡ’内のウエハＷ’像が示されている。また、図１６Ｂには、プリアライメントセンサ４０Ｂの撮像視野ＶＡＢ’内のウエハＷ’像が示されている。また、図１６Ｃには、プリアライメントセンサ４０Ｃの撮像視野ＶＡＣ’内のウエハＷ’像が示されている。
そして、図４のサブルーチン１０４において、撮像データ格納領域７１に格納されたウエハＷ’の外縁近傍の撮像データに基づいて、ウエハＷ’の位置情報として、ウエハＷ’の回転θ’と中心位置Ｑ０’（ＸＱ０’，ＹＱ０’）と（図１８参照）が算出される。
サブルーチン１０４では、図１７に示されるように、ステップ１５１において、外縁抽出装置５２が、撮像データ格納領域７１から撮像データを読み出して、ウエハＷの外縁点を抽出し、それらの位置を求める。こうして抽出された外縁点の内、撮像視野ＶＡＡ’内のものを外縁点ＰＡｉ’（ＸＡｉ’，ＹＡｉ’）（ここで、ｉ＝１〜ＮＡ’）と表し（図１６Ａ参照）、撮像視野ＶＡＢ’内のものを外縁点ＰＢｊ’（ＸＢｊ’，ＹＢｊ’）（ここで、ｊ＝１〜ＮＢ’）と表し（図１６Ｂ参照）、撮像視野ＶＡＣ’内のものを外縁点ＰＣｋ’（ＸＣｋ’，ＹＣｋ’）（ここで、ｋ＝１〜ＮＣ’）と表す（図１６Ｃ参照）ものとする。なお、外縁点ＰＡｉ’，ＰＢｊ’の全てを表す場合には、外縁点Ｐｒ’（Ｘｒ’，Ｙｒ’）（ここで、ｒ＝１〜ＮＲ’（＝ＮＡ’＋ＮＢ’）と記すものとする。
外縁抽出装置５２は、こうして抽出された外縁点Ｐｒ’（Ｘｒ’，Ｙｒ’），ＰＣｋ’（ＸＣｋ’，ＹＣｋ’）を外縁位置格納領域７２に格納する。
次に、ステップ１５２において、回転算出装置５６が、外縁位置格納領域７２から外縁点Ｐｒ’（Ｘｒ’，Ｙｒ’）を読み出して、ウエハＷ’の回転θ’を算出する。かかるウエハＷ’の回転θ’の算出にあたり、回転算出装置５６は、オリエンテーションフラットＯＦの近似直線を、
2002061367.tif 000012
として、次の（１５）式で表わされるＮＲ’個の式からなる連立方程式を作成する。
2002061367.tif 000013
そして、統計的な手法を用いて、傾きＡ及びＹ切片Ｂの最適値を求める。
ここで、（１５）式を行列及びベクトルによって表現すると、次の（１６）〜（１９）式となる。
2002061367.tif 000014
回転情報算出装置５６は、以上のようにして求められた連立方程式に基づいて、ベクトル［ａ２］の最小二乗解を、
2002061367.tif 000015
を計算することにより求める。ここで、ｔ［Ａ２］は、［Ａ２］の転置行列である。
計算されたベクトル［ａ２］の成分は、（１８）式により、値Ａ，Ｂであるので、算出されたベクトル［ａ２］の成分から傾きＡが得られる。
引き続き、回転情報算出装置５６は、
2002061367.tif 000016
によりウエハＷ’の回転θを算出する。そして、回転情報算出装置５６は、求められた回転θを回転情報格納領域７６に格納する。
次に、ステップ１５３において、位置検出装置５７が、外縁位置格納領域７２から外縁点ＰＣｋ’（ＸＣｋ’，ＹＣｋ’）を読み出すとともに、回転情報格納領域７６から回転θ’を読み出す。そして、位置検出装置５７は、外縁点ＰＣｋ’（ＸＣｋ’，ＹＣｋ’）及び回転θを使用して、周知の手法により、中心位置Ｑ０’（ＸＱ０’，ＹＱ０’）を算出する。なお、中心位置Ｑ０’（ＸＱ０’，ＹＱ０’）の算出にあたっては、回転θの代わりに、外縁点Ｐｒ’（Ｘｒ’，Ｙｒ’）あるいは前述したオリエンテーションフラットＯＦの近似直線を用いてもよい。また、外縁点ＰＣｋ’（ＸＣｋ’，ＹＣｋ’）については、少なくとも１点でのデータを用いればよい。
引き続き、位置検出装置５７は、回転θ’及び中心位置Ｑ０’（ＸＱ０’，ＹＱ０’）を、ウエハ位置情報格納領域７７に格納する。こうして、サブルーチン１０４の処理が終了し、処理が図４のステップ１０５に移行する。
以後、第１の実施形態と同様にして、ステップ１０５〜１０７の処理がなされ、ウエハＷ’の露光動作が実行される。
以上説明したように、本実施形態によれば、直線的な切欠きによって形成されたオリエンテーションフラットＯＦの撮像結果に基づいて、オリエンテーションフラットＯＦ上の３以上の点を求める。そして、統計的な手法である最小二乗法を用いて、これらの点の回帰直線を求めることにより、オリエンテーションフラットＯＦの近似直線を求め、ウエハＷ’の回転情報を求めている。したがって、ウエハＷ’の回転情報を精度良く検出することができる。
また、本実施形態の露光装置によれば、上述のようなウエハＷの位置情報の検出方法を使用して、ウエハＷ’の位置情報を精度良く検出し、その検出結果に基づいて、ウエハＷ’の位置制御を行いつつ、ショット領域にパターンを転写する。したがって、パターンを精度良くショット領域に転写することができる。
なお、上記の第２の実施形態では、ウエハＷの回転θ’を、上述の（１６）〜（２１）式を用いて求めたが、以下の（ａ）〜（ｃ）の手順を含む方法により求めることも可能である。
（ａ）撮像視野ＶＡＡ’内のウエハＷの外縁位置ＰＡｉ’の集合、及び撮像視野ＶＡＢ’内のウエハＷの外縁位置ＰＢｊ’の集合それぞれを、小集合ＳＡａ（ａ＝１〜ＴＡ’），ＳＢｂ（ｂ＝１〜ＴＢ’）に分割する。
（ｂ）各小集合ＳＡａ，ＳＢｂそれぞれから任意に１つずつ選んだ２つの小集合の組合せそれぞれを使用して、ウエハＷの中心位置を推定するとともに、その確からしさを求める。
（ｃ）各推定中心位置をその確からしさで重み付けて、重み付け平均値を算出することにより、ウエハＷの中心位置Ｑ０’（ＸＱ０’，ＹＱ０’）を求める。
なお、上記の各実施形態では、ウエハホルダ２５上にウエハＷを保持した状態でプリアライメントを行うものとしたが、ウエハホルダ２５へのローディング前、例えばウエハローダに保持された状態で、ウエハＷのプリアライメントを行うようにしてもよい。この場合、プリアライメントと並行して、ウエハ形状測定以外の露光準備用計測の一部（レチクルアライメント、ベースライン計測等）が実行可能となる。また、ウエハローダの搬送経路の途中に配置されるプリアライメント装置に対して本発明を適用しても良い。
また、上記の各実施形態では、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、上記の各実施形態では、位置情報の検出対象をステージに搭載されたウエハとしたが、ステージに搭載されたウエハ以外の物体の位置情報を検出することも可能である。
また、上記の各実施形態では、露光装置について説明したが、露光装置以外の装置、例えば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形状測定に用いることもできる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の第１、第２の位置検出方法、及び第１、第２の位置検出装置によれば、物体の位置情報を迅速かつ精度良く検出するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置によれば、所望のパターンを基板に精度良く形成するのに適している。また、本発明のプログラム及び情報記憶媒体によれば、露光装置の制御用コンピュータに基板の位置情報を迅速かつ精度良く検出させるのに適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
図２は、第１の実施形態におけるプリアライメント検出系周辺の構成を概略的に示す平面図である。
図３は、第１の実施形態における主制御系の構成を示すブロック図である。
図４は、第１の実施形態の露光装置による露光動作を説明するためのフローチャートである。
図５Ａ〜図５Ｃは、第１の実施形態におけるプリアライメント検出系による撮像結果を説明するための図である。
図６は、第１の実施形態における位置情報算出サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図７は、図６のノッチ位置算出サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図８は、図７の等距離点算出サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図９Ａ及び図９Ｂは、一の直線状輪郭についての等距離点算出処理を説明するための図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、他の直線状輪郭についての等距離点算出処理を説明するための図である。
図１１は、ノッチ位置算出処理を説明するための図である。
図１２は、ウエハの回転の算出処理を説明するための図である。
図１３は、ノッチ位置算出処理の変形例を説明するための図である。
図１４は、本発明の第２の実施形態におけるプリアライメント検出系周辺の構成を概略的に示す平面図である。
図１５は、第２の実施形態における主制御系の構成を示すブロック図である。
図１６Ａ〜図１６Ｃは、第２の実施形態におけるプリアライメント検出系による撮像結果を説明するための図である。
図１７は、第２の実施形態における位置情報算出サブルーチンの処理を説明するためのフローチャートである。
図１８は、ウエハの回転の算出処理を説明するための図である。
【図１】
2002061367.tif 000017
【図２】
2002061367.tif 000018
【図３】
2002061367.tif 000019
【図４】
2002061367.tif 000020
【図５Ａ】
2002061367.tif 000021
【図５Ｂ】
2002061367.tif 000022
【図５Ｃ】
2002061367.tif 000023
【図６】
2002061367.tif 000024
【図７】
2002061367.tif 000025
【図８】
2002061367.tif 000026
【図９Ａ】
2002061367.tif 000027
【図９Ｂ】
2002061367.tif 000028
【図１０Ａ】
2002061367.tif 000029
【図１０Ｂ】
2002061367.tif 000030
【図１１】
2002061367.tif 000031
【図１２】
2002061367.tif 000032
【図１３】
2002061367.tif 000033
【図１４】
2002061367.tif 000034
【図１５】
2002061367.tif 000035
【図１６Ａ】
2002061367.tif 000036
【図１６Ｂ】
2002061367.tif 000037
【図１６Ｃ】
2002061367.tif 000038
【図１７】
2002061367.tif 000039
【図１８】
2002061367.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月11日(2002.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
直線的な切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出方法であって、
所定位置に位置決めされた前記物体の、前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を互いに異なる撮像視野内でそれぞれ撮像する第１撮像工程と；
前記第１撮像工程における撮像結果から、前記直線状輪郭上の３個以上の点を求める輪郭点算出工程と；
前記求められた３個以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する輪郭直線推定工程と；
前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める第１位置情報検出工程と；を含む位置検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
直線的な切欠きが形成された物体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
所定位置に位置決めされた前記物体の、前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部をそれぞれ撮像する、互いに異なる撮像視野を備えた複数の撮像装置と；
前記複数の撮像装置における撮像結果から、前記直線状輪郭上の複数の点を求め、該求められた３個以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する輪郭直線推定装置と；
前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を算出する位置情報算出装置と；を備える位置検出装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
直線的な切欠きが形成された基板に所定のパターンを転写する露光装置の制御用コンピュータに、前記基板の位置情報を検出させるためのプログラムであって、
所定位置に位置決めされた前記物体の、前記切欠きの直線状輪郭の少なくとも一部を互いに異なる撮像視野内でそれぞれ撮像し、複数の第１の撮像結果を得る手順と；
前記複数の第１の撮像結果から、前記直線状輪郭上の３個以上の点を求める手順と；
前記求められた３個以上の点に関する回帰直線を求めることにより、前記直線状輪郭を推定する手順と；
前記回帰直線に基づいて、前記物体の回転位置情報を求める手順と；を前記制御用コンピュータに実行させるプログラム。
【国際調査報告】
2002061367.tif 000041
2002061367.tif 000042
2002061367.tif 000043
2002061367.tif 000044
2002061367.tif 000045
2002061367.tif 000046