JP2001126981A

JP2001126981A - マーク検出方法及びマーク検出装置、露光方法及び露光装置、並びにデバイス

Info

Publication number: JP2001126981A
Application number: JP2000212139A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakajima; 伸一中島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】物体に形成されたマークを精度良くかつ簡易
に検出する。【解決手段】観察結果として得られた観察信号から、
抽出装置３１がマーク信号パターンの候補パターンを抽
出する。こうして抽出された候補パターンについて、第
１演算装置３２が、マークの少なくとも１つの特徴ごと
に、該特徴に応じた特徴量を求める。そして、候補パタ
ーンが複数抽出されたとき、第２演算装置３３が、特徴
ごとに、比較対象となる２つの候補パターン間における
特徴量の差を反映し、無次元化及び規格化された特定量
を求める。こうした特定量に基づいて、候補パターン間
における「マーク信号パターン」らしさの相違を評価し
て、マーク信号パターンを特定することにより、マーク
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マーク検出方法及
びマーク検出装置、露光方法及び露光装置、並びにデバ
イスに係り、より詳細には、物体に形成されたマークの
位置を検出するためのマーク検出方法及びマーク検出装
置、前記マーク検出方法を使用する露光方法及び前記マ
ーク検出装置を備える露光装置、並びに該露光装置によ
って製造されたデバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成された
パターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布された
ウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応
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。

【０００３】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、レチクルのアライメントにあたっては、露光
光を用いるものが一般的であり、露光光をレチクル上に
描画されたレチクルアライメントマークに照射し、ＣＣ
Ｄ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、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するＬＳＡ（Laser Step A
lignment）方式、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯
域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したア
ライメントマークの画像データを画像処理してマーク位
置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignment）方式
等が採用されている。

【０００４】以上のレチクルにおけるＶＲＡ方式や、ウ
エハにおけるＬＳＡ方式及びＦＩＡ方式では、レチクル
アライメントマークやウエハアライメントマークの観察
結果として得られる信号波形は、観察対象となったマー
クの形状に応じたものとなっている。

【０００５】ところで、撮像等によるレチクルアライメ
ントマークやウエハアライメントマークの観察にあたっ
て、これらのマークがどこにあるかは粗い精度でしか分
かっていない。このため、マークの観察にあたっては、
これらのマークを観察領域内に収めるために、観察領域
の大きさをそのときに確立しているマーク位置の精度に
応じた大きさとしている。すなわち、観察領域内には、
マーク周辺のパターンも入ることになり、かかるマーク
周辺のパターンに応じた信号波形もマークの観察結果の
信号波形に含まれることになる。

【０００６】したがって、観察結果の信号波形の中から
マークに応じた信号波形を特定することが必要となる。
このための技術として、例えば、特開昭５８−１２１６
２８号公報に開示のように、観察結果の信号波形の中か
らマークの観察結果であるマーク信号パターンの候補と
なり得る候補パターンを抽出して、マーク信号パターン
における特徴量であるマークパターン幅誤差等の複数の
特徴量を候補パターンごとに求めた後、各特徴量に最適
化された重み付けを行い和をとって求めたトータルスコ
アを候補パターンごとに求め、トータルスコアを比較す
ることによりマーク信号パターンを特定する技術が提案
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来で
は、複数の特徴量それぞれに最適化された重み付けを行
って和をとって求めたトータルスコアの値で、「マーク
信号パターンらしさ」を表すことにしていた。このた
め、原理的には、各候補パターンについて、複数の特徴
量に関して総合的に「マーク信号パターンらしさ」を評
価することが可能となっていた。

【０００８】しかし、総合的に「マーク信号パターンら
しさ」を正しく評価するためには、複数の特徴量それぞ
れの重み付けを最適化することが必要であるが、一般に
各特徴量は、それぞれ次元や絶対値の大きさが異なって
いるので、最適な重み付けの係数を理論的に求めること
は困難であり、経験的に求めていた。また、各特徴量の
値は、マークの構造によっても異なるので、最適な重み
付けの係数を、新たなマーク構造を採用するごとに求め
ることが必要であった。さらに、各特徴量の値は、露光
プロセスやロットによっても異なることがあるので、最
適な重み付けの係数を、露光プロセス等やロットごとに
求めることも必要であった。

【０００９】また、近年進行している低段差パターン化
の傾向にともなって、所定のラインパターンとスペース
パターンとが組み合わされたマークについても低段差化
が進行しており、観察信号におけるＳＮ比が小さくなる
傾向にある。このため、従来の手法により観察波形から
抽出される信号パターン候補が増加する傾向にある。

【００１０】ところで、上記の「マーク信号パターンら
しさ」をトータルスコアで評価する方法は、原理的に
は、精度良くマークを検出することができるが、レベル
は比較的低いが多くのノイズが重畳した観察波形しか得
られない場合には、トータルスコアを多数の信号パター
ン候補について求める必要がある。このため、低段差マ
ークの検出にあたって、多くの時間を費やすことなって
いた。

【００１１】本発明は、かかる事情のもとになされたも
のであり、その第１の目的は、精度良くかつ簡易にマー
クを検出することが可能なマーク検出方法及びマーク検
出装置を提供することにある。

【００１２】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。

【００１３】また、本発明の第３の目的は、精度良くパ
ターンが形成されたデバイスを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のマーク検
出方法は、物体（Ｗ）に形成されたマーク（ＳＹＭ，Ｓ
θＭ）を検出するマーク検出方法であって、前記マーク
の形成領域を含む前記物体の領域を観察する第１工程
と；前記第１工程で得られた観察信号から、前記マーク
を反映したマーク信号パターンであると推定される候補
パターンを抽出し、前記候補パターンそれぞれについ
て、前記マークの少なくとも１つの特徴ごとに、前記特
徴に応じた特徴量を求める第２工程と；前記候補パター
ンが複数抽出されたとき、前記特徴ごとに、比較対象と
なる２つの前記候補パターン間における前記特徴量の差
を反映し、無次元化及び規格化された特定量を求める第
３工程とを含むマーク検出方法である。

【００１５】これによれば、マークの形成領域を含む物
体の領域を観察して得られた観察信号から、マークを反
映したマーク信号パターンであると推定される候補パタ
ーンを抽出し、抽出された候補パターンそれぞれについ
て、マークの少なくとも１つの特徴ごとに特徴量を求め
る。そして、１つの観察信号から候補パターンが複数抽
出されたとき、どちらがマーク信号パターンらしいかが
比較される２つの候補パターンについて、マークの特徴
ごとに、特徴量の差を反映し、無次元化及び規格化され
た特定量を求める。かかる特定量は無次元化及び規格化
されているので、一方の候補パターンにおけるある特徴
に応じた特徴量と、他方の候補パターンにおける同一の
特徴に応じた特徴量との相違の程度を、特定量を調べる
ことにより、注目した特徴の種類によらないで評価する
ことができる。このため、一方の候補パターンの「マー
ク信号パターンらしさ」と他方の候補パターンの「マー
ク信号パターンらしさ」との比較にあたって、注目する
特徴についてどの程度の「マーク信号パターンらしさ」
の相違があるかの定量的な評価を簡易に行うことができ
る。また、注目する特徴が複数あるときには、どの特徴
についてどの程度の「マーク信号パターンらしさ」の相
違があるかの定量的な評価を簡易に行うことができる。
したがって、精度良くかつ簡易にマークを検出すること
ができる。

【００１６】本発明の第１のマーク検出方法では、前記
特定量が、所定の条件を満たすか否かを判別する第４の
工程を更に含むことができる。かかる場合には、所定の
条件を所望の判定基準に応じて定量的に定め、特定量が
その所定の条件を満たすか否かを判定することにより、
マークの特徴における「マーク信号パターンらしさ」の
相違が、所望の判定基準からみて有意な相違であるかを
簡易に判断することができる。

【００１７】ここで、前記所定の条件は、前記特定量の
絶対値が所定値以上であることとすることができる。か
かる場合には、例えば、一方の候補パターンにおけるあ
る特徴に応じた特徴量が、他方の候補パターンにおける
同一の特徴に応じた特徴量と比べて何倍大きいか否かと
いう判定を行うことができる。

【００１８】前記第４工程を含む本発明の第１のマーク
検出方法では、前記第４工程の判別結果に基づいて、前
記複数の候補パターンの中から前記マーク信号パターン
を特定する第５工程を更に含むことができる。かかる場
合には、所定の条件を満たす少なくとも１つの特定量が
ある場合には、その特定量に応じたマークの特徴におい
て、比較される２つの候補パターン間において「マーク
信号パターンらしさ」に有意な差があると判定できるの
で、２つの候補パターンの内から、より「マーク信号パ
ターンらしさ」が低いものを候補パターンから除外して
いくことにより、複数の候補パターンの中から精度良く
かつ簡易にマーク信号パターンを特定することができ
る。

【００１９】ここで、前記特徴量の種類の数が１つであ
るときには、前記第５工程において、前記複数の候補パ
ターンの内の２つの候補パターン間における前記特徴量
の比較にあたって、前記特定量が前記所定の条件を満た
す場合に、前記特徴量の大小に応じて、前記２つの候補
パターンの一方をマーク信号パターンの候補から除外し
ていき、最終的に残った特定候補パターンを前記マーク
信号パターンとして特定するとともに、前記特定候補パ
ターンが存在しない場合には、マーク検出ができなかっ
たと判定することにすることができる。かかる場合に
は、複数の候補パターンの内から、マークの特徴につい
て他のどの候補パターンよりも「マーク信号パターンら
しさ」が有意に高いものをマーク信号パターンとして特
定することができる。

【００２０】また、前記特徴量の種類の数が複数である
ときには、前記第５工程において、前記複数の候補パタ
ーンの内の２つの候補パターン間における前記特徴量の
比較にあたって、前記各特徴量ごとの特定量の中から前
記所定の条件を満たすとともに絶対値が最大のものに着
目し、着目した前記特定量に応じた前記特徴量の大小に
よって、前記２つの候補パターンの一方をマーク信号パ
ターンの候補から除外していき、最終的に残った特定候
補パターンを前記マーク信号パターンとして特定すると
ともに、前記特定候補パターンが存在しない場合には、
マーク検出ができなかったと判定することにすることが
できる。かかる場合には、複数の候補パターンの内か
ら、マークの複数の特徴の中で最も互いの相違が大きい
１つの特徴について、他のどの候補パターンよりも「マ
ーク信号パターンらしさ」が有意に高いものをマーク信
号パターンとして特定することができる。

【００２１】また、前記特徴量の種類の数が複数である
とともに、判定の優先度に応じてグループ化されている
ときには、前記第５工程において、前記複数の候補パタ
ーンの内の２つの候補パターン間における前記特徴量の
比較にあたって、優先度の最も高いグループから優先度
の順に前記グループの１つを選択しつつ、前記選択され
たグループそれぞれに属する特徴量について、前記各特
徴量ごとの特定量の中から前記所定の条件を満たすとと
もに絶対値が最大のものに着目し、着目した前記特定量
に応じた前記特徴量の大小によって、前記２つの候補パ
ターンの一方をマーク信号パターンの候補から除外して
いき、最終的に残った特定候補パターンを前記マーク信
号パターンとして特定するとともに、前記特定候補パタ
ーンが存在しない場合には、マーク検出ができなかった
と判定することにすることができる。かかる場合には、
単にマークの複数の特徴の中で最も互いの相違が大きい
１つの特徴についてではなく、「マーク信号パターンら
しさ」の判定において重要度の高い順に、各特徴につい
て「マーク信号パターンらしさ」が有意に高いものを選
んでいくので、より精度良くマークを検出することがで
きる。

【００２２】本発明の第１のマーク検出方法では、前記
各候補信号パターンを、前記観察信号における前記マー
クのエッジの候補波形を含む信号パターンとすることが
できる。ここで、「マークのエッジ」とは、例えばライ
ンアンドスペースマークにおけるライン部とスペース部
との境界のように、マークを形成するパターン部と非パ
ターン部との境界をいう。かかる場合には、観察信号波
形において他の部分の信号波形と比べて特徴的であり、
候補波形の抽出が容易なエッジ波形を取り扱うことがで
き、かつマークの特徴であるパターン幅の規則性（例え
ば、均一性）やパターン間隔の規則性（例えば、均一
性）を特徴量として求めることができる。したがって、
精度良くかつ容易にマークを検出することができる。

【００２３】また、本発明の第１のマーク検出方法で
は、前記特定量を、比較対象となる２つの前記特徴量の
差を、前記全ての候補信号パターンから選択された候補
信号パターンそれぞれに応じた前記２つの特徴量と同一
種類の特徴量の線形結合によって除算したものとするこ
とができる。かかる場合には、特定量を、比較対象とな
る２つの特徴量の差を直接的に反映し、かつ無次元化及
び規格化されたものとすることができる。

【００２４】ここで、前記特定量を、比較対象となる２
つの前記特徴量の差を、前記２つの特徴量の和によって
除算したものとすることができる。かかる場合には、特
定量を、比較対象となる２つの特徴量の差を直接的に反
映し、かつ無次元化及び規格化されたものとすることが
できるとともに、２つの特徴量の比に応じた一定値と特
定量とを比較することにより、一方の特徴量が他方の特
徴量の何倍以上であるか否かを判定することができる。

【００２５】また、本発明の第１のマーク検出方法で
は、無次元化及び規格化された特定量として、比較対象
となる２つの前記特徴量に関する標準偏差を、前記２つ
の特徴量の平均値によって除算したものとすることがで
きるし、また、比較対象となる２つの前記特徴量に関す
る分散を、前記２つの特徴量の平均値の自乗によって除
算したものとすることができる。こうした場合にも、特
定量を、比較対象となる２つの特徴量の差を直接的に反
映し、かつ無次元化及び規格化されたものとすることが
できる。

【００２６】本発明の第２のマーク検出方法は、物体
（Ｗ）に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ）を検出す
るマーク検出方法であって、前記マークを観察する第１
工程と；前記マークを反映した信号パターンを含むこと
が期待される第１領域内の観察波形に関する第１の信号
パターン特徴量と、前記マークを反映した信号パターン
を含まないことが期待される第２領域内の観察波形に関
する第２の信号パターン特徴量を求める第２工程と；前
記第１の信号パターン特徴量と前記第２の信号パターン
特徴量との関係に基づいて、前記第１領域内に前記マー
クを反映した信号パターンが有意に含まれる可能性があ
るか否かを判定する第３工程と；を含むマーク検出方法
である。

【００２７】これによれば、第１工程においてマークを
観察して得られた観察信号から、第２工程において、マ
ークを反映した信号パターンを含むことが期待される第
１領域内の観察波形に関する第１の信号パターン特徴量
と、マークを反映した信号パターンを含まないことが期
待される第２領域内の観察波形に関する第２の信号パタ
ーン特徴量を求める。ここで、例えば、ラインパターン
とスペースパターンとの組み合わせからなるマークの場
合には、第１領域として、ラインパターンとスペースパ
ターンとの境界（以下、「マークエッジ」という）を含
むことが期待される領域を選択し、第２領域として、マ
ークエッジを含まないことが期待される領域を選択する
ことができる。より具体的には、例えば、複数のライン
パターンが所定ピッチで所定方向に配列されたライン・
アンド・スペースマークであるときには、第１領域を各
ラインパターンの所定方向に関する幅よりも僅かに広い
所定方向に関する幅を有し、所定ピッチで所定方向に配
列された複数の領域の少なくとも１つとすることがで
き、第２の領域を当該複数の領域に挟まれた全ての領域
とすることができる。そして、第１の信号パターン特徴
量を、第１領域におけるマークエッジに応じた観察波形
らしさを示す特定量とすることができ、第２の信号パタ
ーン特徴量を、第２領域におけるマークエッジに応じた
観察波形らしさを示す特定量とすることができる。

【００２８】次に、第３工程において、第１の信号パタ
ーン特徴量と第２の信号パターン特徴量との関係に基づ
いて、第１領域内にマークを反映した信号パターンが有
意に含まれる可能性があるか否かを判定する。すなわ
ち、第１領域における観察波形がマークを反映した信号
パターンを含み、第２領域における観察波形をノイズと
みなすことができるか否かが、第１の信号パターン特徴
量と第２の信号パターン特徴量との関係に基づいて判定
される。この結果、第１領域にマークを反映した信号パ
ターンが有意に含まれる可能性があるか否かを、簡易か
つ精度良く判定することができる。したがって、本発明
の第２のマーク検出方法によって、簡易かつ精度良くマ
ークを検出することができる。

【００２９】本発明の第２のマーク検出方法では、前記
第２工程において、前記第１領域と前記第２領域との位
置関係を維持しつつ前記第１領域及び前記第２領域によ
って観察波形を走査し、走査位置に応じて前記第１領域
及び前記第２領域における前記第１の信号パターン特徴
量及び前記第２の信号パターン特徴量を求めることがで
きる。かかる場合には、第２工程において、第１領域及
び第２領域によって観察波形を走査しつつ第１の信号パ
ターン特徴量及び第２の信号パターン特徴量を求め、第
３工程において、走査位置に応じて第１の信号パターン
特徴量と第２の信号パターン特徴量との関係を調べるこ
とにより、マークの形成位置が予め定められていないと
きであっても、簡易かつ精度良くマークを検出すること
ができる。

【００３０】また、本発明の第２のマーク検出方法で
は、前記第１領域と前記第２領域との位置関係を、前記
マークの設計情報に基づいて定めることができる。かか
る場合には、第１領域と第２領域との位置関係をマーク
の設計情報に基づいて定めるので、マーク検出のために
合理的な第１領域と第２領域との位置関係を、事前計測
などを行うことなく定めることができる。これにより、
簡易かつ精度良くマークを検出することができる。

【００３１】また、本発明の第２のマーク検出方法で
は、前記第１の信号パターン特徴量を、前記第１領域内
の前記観察波形の微分波形における第１の所定数番目の
高さとなるピーク高の絶対値とし、前記第２の信号パタ
ーン特徴量を、前記第２領域内の前記観察波形の微分波
形における最大ピーク高の絶対値とすることができる。

【００３２】かかる場合には、所定のマーク内位置にお
ける観察信号レベルの急激な変化がマークの観察波形の
特徴であるときに、第１領域内にあると期待される観察
信号レベルの急激な変化数を第１の所定数として、第１
領域内の観察波形の微分波形における第１の所定数番目
の高さとなるピーク高の絶対値を第１の信号パターン特
徴量とする。また、第２領域内の観察波形の微分波形に
おける最大ピーク高の絶対値を第２の信号パターン特徴
量とする。例えば、マークが上述のライン・アンド・ス
ペースであり、観察波形の特徴がマークエッジにおける
急激な観察信号レベルの変化であるときに、第１領域内
にあると期待されるマークエッジ数に応じた第１の所定
数番目の高さとなるピーク高の絶対値を第１の信号パタ
ーン特徴量とし、最大ノイズレベルであると推定される
第２領域内の観察波形の微分波形における最大ピーク高
の絶対値を第２の信号パターン特徴量とする。

【００３３】そして、第１の信号パターン特徴量と第２
の信号パターン特徴量との関係が調べられ、第１領域に
おける観察波形がマークを反映した信号パターンを含
み、第２領域における観察波形をノイズとみなすことが
できるか否かが判定される。この結果、第１領域にマー
クを反映した信号パターンが有意に含まれる可能性があ
るか否かを、簡易かつ精度良く判定することができる。
したがって、本発明の第２のマーク検出方法によって、
簡易かつ精度良くマークを検出することができる。

【００３４】ここで、前記第１の所定数番目を、高い順
で、２番目及び４番目のいずれかとすることができる。
かかる場合には、マークが上述のライン・アンド・スペ
ースマークのようにラインパターンと該ラインパターン
と光学的な段差のあるスペースパターンとが組み合わさ
れたマークであり、第１領域を１本のラインパターンの
ライン幅よりも僅かに広い幅を有する領域としたとき、
マークが明暗マークとして振舞う場合には、第１の所定
数番目を高い順で２番目とすることにより、精度良くマ
ークを検出することができる。また、マークが位相マー
クとして振舞う場合には、第１の所定数番目を高い順で
４番目とすることにより、精度良くマークを検出するこ
とができる。

【００３５】また、本発明の第２のマーク検出方法で
は、前記第３工程において前記第１領域内に前記マーク
を反映した信号パターンが含まれると判定された場合
に、前記第１領域内の信号観察波形においてノイズ波形
と推定される成分に関する第３の信号パターン特徴量を
求める第４工程と；前記第１の信号パターン特徴量と前
記第３の信号パターン特徴量との関係に基づいて、前記
第１領域内に前記マークを反映した信号パターンが有意
に含まれる可能性があるか否かを判定する第５工程と；
を更に含むことができる。

【００３６】かかる場合には、第４工程において、第１
領域内の観察波形におけるマークを反映した信号パター
ンと考えられる波形以外のノイズ波形に関する第３の信
号パターン特徴量が求められる。そして、第５工程にお
いて、第１の信号パターン特徴量と第３の信号パターン
特徴量との関係に基づいて、第１領域内にマークを反映
した信号パターンが有意に含まれる可能性があるか否か
を判定する。すなわち、第１領域におけるマークを反映
した信号パターンと考えられる波形以外の波形をノイズ
波形とみなすことができるか否かが、第１の信号パター
ン特徴量と第３の信号パターン特徴量との関係に基づい
て判定される。この結果、第１領域にマークを反映した
信号パターンが有意に含まれる可能性があるか否かを、
簡易かつ精度良く判定することができる。したがって、
簡易かつ更に精度良くマークを検出することができる。

【００３７】ここで、前記第１の信号パターン特徴量
を、前記第１領域内の前記観察波形の微分波形における
第１の所定数番目の高さとなるピーク高の絶対値とし、
前記第３の信号パターン特徴量を、前記第１領域内の前
記観察波形の微分波形における第２の所定数番目の高さ
となるピーク高の絶対値とすることができる。かかる方
法は、観察波形の微分波形の絶対値が観察波形の変化の
急激さを表しているので、ライン部とスペース部とから
なるマークのように、その観察波形の特徴がマークエッ
ジにおける急激な変化にあるようなマークの場合に有効
である。

【００３８】なお、ライン部とスペース部とから成るマ
ークの場合、ライン部とスペース部との光学段差量と観
察光の波長との比によって、マークが明暗マークとして
振舞ったり、位相マークとして振舞ったりする。特に、
低段差マークのときには、段差の僅かな変化により、明
暗マークとして振舞うか、位相マークとして振舞うかが
変化する。ここで、明暗マークとして振舞う場合には、
１つのマークエッジに対して１つの波形エッジを有す
る。一方、位相マークとして振舞う場合には、１つのマ
ークエッジに対して２つの波形エッジを有する。そし
て、一般的にはマークは純粋な明暗マークと純粋な位相
マークとの中間のマークとして振舞うことになる。

【００３９】以上のマークの振舞いを考慮して、前記第
１の所定数番目を、高い順で、２番目及び４番目のいず
れかとし、前記第２の所定数番目を、高い順で、５番目
とすることができる。かかる場合には、５番目の高さと
なるピーク高の絶対値をノイズ波形の大きさとして評価
することになるので、マークが純粋な明暗マーク、純粋
な位相マーク、及びそれらの中間のマークであることを
判別できない場合であっても、合理的かつ統一的に第１
領域内におけるＳＮ比を評価することができる。

【００４０】本発明の第１のマーク検出装置は、物体
（Ｗ）に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ）を検出す
るマーク検出装置であって、前記マークを含む前記物体
の領域を観察する観察装置（ＡＳ，３８）と；前記観察
装置によって得られた観察信号から、前記マークを反映
したマーク信号パターンであると推定される候補パター
ンを抽出する抽出装置（３１）と；前記候補パターンそ
れぞれについて、前記マークの少なくとも１つの特徴ご
とに、前記特徴に応じた特徴量を求める第１演算装置
（３２）と；前記候補パターンが複数抽出されたとき、
前記特徴ごとに、比較対象となる２つの前記候補パター
ン間における前記特徴量の差を反映し、無次元化及び規
格化された特定量を求める第２演算装置（３３）とを備
えるマーク検出装置である。

【００４１】これによれば、観察装置による観察結果と
して得られた観察信号から、抽出装置がマーク信号パタ
ーンの候補パターンを抽出する。こうして抽出された候
補パターンについて、第１演算装置が、マークの少なく
とも１つの特徴ごとに、該特徴に応じた特徴量を求め
る。そして、候補パターンが複数抽出されたとき、第２
演算装置が、特徴ごとに、比較対象となる２つの候補パ
ターン間における特徴量の差を反映し、無次元化及び規
格化された特定量を求める。したがって、本発明のマー
ク検出装置は、本発明のマーク検出方法を使用してマー
クを検出することができるので、精度良くかつ簡易にマ
ークを検出することができる。

【００４２】本発明の第１のマーク検出装置では、前記
特定量が、所定の条件を満たすか否かを判別する判別装
置（３４）を更に備える構成とすることができる。かか
る場合には、第２演算装置によって求められた特定量
が、所望の判定基準に応じて定量的に定められた所定の
条件を、判別装置が判別することができるので、マーク
の特徴における「マーク信号パターンらしさ」の相違
が、所望の判定基準からみて有意な相違であるかを簡易
に判断することができる。

【００４３】ここで、前記判別装置による判別結果に基
づいて、前記複数の候補パターンの中から前記マーク信
号パターンを特定する処理装置（３４）を更に備える構
成とすることができる。かかる場合には、所定の条件を
満たす少なくとも１つの特定量がある場合には、その特
定量に応じたマークの特徴において、比較される２つの
候補パターン間において「マーク信号パターンらしさ」
に有意な差があると判定できるので、処理装置が、２つ
の候補パターンの内から、より「マーク信号パターンら
しさ」が低いものを候補パターンから除外していくこと
により、複数の候補パターンの中から精度良くかつ簡易
にマーク信号パターンを特定することができる。

【００４４】本発明の第２のマーク検出装置は、物体
（Ｗ）に形成されたマーク（ＳＹＭ，ＳθＭ）を検出す
るマーク検出装置であって、前記マークの形成領域を含
む前記物体の領域を観察する観察装置（ＡＳ）と；前記
マークを反映した信号パターンを含むことが期待される
第１領域内の観察波形に関する第１の信号パターン特徴
量と、前記マークを反映した信号パターンを含まないこ
とが期待される第２領域内の観察波形に関する第２の信
号パターン特徴量を求める第１特徴量演算装置（７１）
と；前記第１の信号パターン特徴量と前記第２の信号パ
ターン特徴量との関係に基づいて、前記第１領域内に前
記マークを反映した信号パターンが含まれるか否かを判
定する第１判定装置（７２）と；を備えるマーク検出装
置である。

【００４５】これによれば、観察装置による観察により
得られたマークの形成領域を含む物体の領域に関する観
察信号から、第１特徴量演算装置が、マークを反映した
信号パターンを含むことが期待される第１領域内の観察
波形に関する第１の信号パターン特徴量と、マークを反
映した信号パターンを含まないことが期待される第２領
域内の観察波形に関する第２の信号パターン特徴量を求
める。そして、第１判定装置が、第１の信号パターン特
徴量と第２の信号パターン特徴量との関係に基づいて、
第１領域内にマークを反映した信号パターンが有意に含
まれる可能性があるか否かを判定する。すなわち、本発
明の第２のマーク検出装置は、本発明の第２のマーク検
出方法を使用してマークを検出するので、簡易かつ精度
良くマークを検出することができる。

【００４６】また、本発明の第２のマーク検出装置で
は、前記第１判定装置によって前記第１領域内に前記マ
ークを反映した信号パターンが含まれると判定された場
合に、前記第１領域内の信号観察波形における信号波形
と推定される成分に関する第３の信号パターン特徴量を
求める第２特徴量演算装置（７３）と；前記第１の信号
パターン特徴量と前記第３の信号パターン特徴量との関
係に基づいて、前記第１領域内に前記マークを反映した
信号パターンが含まれるか否かを判定する第２判定装置
（７４）と；を更に備える構成とすることができる。か
かる場合には、第２特徴量演算装置が、第１領域内の観
察波形におけるマークを反映した信号パターンと考えら
れる波形以外のノイズ波形に関する第３の信号パターン
特徴量が求められる。そして、第２判定装置が、第１の
信号パターン特徴量と第３の信号パターン特徴量との関
係に基づいて、第１領域内にマークを反映した信号パタ
ーンが有意に含まれる可能性があるか否かを、第１領域
におけるマークを反映した信号パターンと考えられる波
形以外の波形をノイズ波形とみなすことができるか否か
を判定することにより判定する。したがって、簡易かつ
更に精度良くマークを検出することができる。

【００４７】また、本発明の第１又は第２のマーク検出
装置では、前記観察装置が、前記マークを撮像する撮像
装置を有し、前記観察信号が、前記撮像装置によって撮
像されたマーク像における光強度の位置変化に関する信
号である構成とすることができる。かかる場合には、マ
ーク像及びマーク周辺像を精度良く反映した観察信号を
得ることができる。

【００４８】本発明の露光方法は、所定のパターンを基
板（Ｗ）上の区画領域に転写する露光方法であって、前
記基板をマークが形成された物体とし、前記基板に形成
されたマークを、本発明のマーク検出方法によって検出
して前記マークの位置を求め、前記マークの位置に基づ
いて前記基板の露光領域の位置を検出する位置検出工程
と；前記位置検出工程において求められた前記物体の露
光領域の位置に基づいて、前記物体の位置合わせを行い
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。

【００４９】これによれば、本発明のマーク検出方法を
使用して、基板に形成されたマークを精度良く検出した
後、該マークの位置を精度良く検出する。そして、その
検出結果に基づいて基板の位置合わせを行いつつ、区画
領域に所定の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基板上の区画領域に転写することが
できる。なお、所定のパターンをマスクに形成されたパ
ターンとすることができる。

【００５０】本発明の露光装置は、所定のパターンを基
板（Ｗ）に転写する露光装置であって、前記基板を保持
して移動させる基板ステージ装置（ＷＳＴ）と；前記基
板をマークが形成された物体とし、前記基板に形成され
たマークを検出する本発明のマーク検出装置と；前記マ
ーク検出装置によって検出された前記マークの位置を求
め、前記マークの位置に基づいて前記基板を位置合わせ
する制御装置（１９，２０）とを備える露光装置であ
る。これによれば、本発明のマーク検出装置によって、
マークを精度良く検出した後、マークの位置を精度良く
検出することができるので、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。なお、所定
のパターンをマスクに形成されたパターンとすることが
できる。

【００５１】本発明のデバイスは、本発明の露光装置を
用いて製造されたデバイスである。かかるデバイスにお
いては、本発明の露光装置を用いて、精度良くパターン
が転写されているので、高集積かつ高性能のデバイスを
提供することができる。

【００５２】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態に係る露光装置を、図１〜図７を参照
して説明する。

【００５３】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Ｒ
ＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板（被検体）としてのウエハ
Ｗが搭載されるウエハステージＷＳＴ、撮像装置として
のアライメント顕微鏡ＡＳ、及び装置全体を統括制御す
る主制御系２０等を備えている。

【００５４】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Ｎ
Ｄ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１０−１１２
４３３号公報に開示されている。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。

【００５５】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。

【００５６】レチクルステージＲＳＴのステージ移動面
内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干
渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例
えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レ
チクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置
情報はステージ制御系１９に送られ、ステージ制御系１
９はレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチ
クルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステ
ージＲＳＴを駆動する。

【００５７】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Ｅ
Ｌ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おり、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ＥＬの光路外
に退避される。なお、レチクル上方には、１対のレチク
ルアライメント系２２が配置されるが、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。

【００５８】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、照明光学系からの照明光ＩＬによってレ
チクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを
通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してそ
の照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（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。

【００５９】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２
５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。

【００６０】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おり、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ＸＹ
２次元方向に駆動される。

【００６１】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２
０に送られ、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。

【００６２】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、この表面にはアライメント用の基準マーク
が形成されている。

【００６３】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、
ウエハＷ上に形成されたウエハアライメントマーク（サ
ーチアライメントマーク及びファインアライメントマー
ク）の撮像結果を主制御系２０へ向けて出力する。

【００６４】前記主制御系２０は、図２に示されるよう
に、主制御装置３０と記憶装置４０とを備えている。主
制御装置３０は、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３９と、アライメント顕微鏡ＡＳから送
られてきた撮像データＩＭＤを収集する撮像データ収集
装置３８と、収集された撮像データからサーチアライメ
ントマークの撮像信号パターン（以下、「マーク信号パ
ターン」）を検出するマーク信号パターン検出装置３７
とを備えている。該マーク信号パターン検出装置３７
は、撮像データ収集装置３８によって収集された撮像デ
ータから、マーク信号パターンの候補となる候補信号パ
ターンを抽出する抽出装置３１と、抽出装置３１によっ
て抽出された候補パターンそれぞれについて、マーク信
号パターンの特徴として予め定められた特徴ごとに特徴
量を算出する第１演算装置としての特徴量算出装置３２
と、比較対象となる２つの候補パターン間における特徴
量の差を反映した特定量を算出する第２演算装置として
の特定量算出装置３３と、該特定量算出装置３３によっ
て算出された特定量に基づいて、比較対象となる２つの
候補パターン間で「マーク信号パターン」らしさに有意
な差があるか否かを判別するとともに、この判別結果に
基づいて候補パターンの中からマーク信号パターンを特
定する判別装置及び処理装置としての判別・処理装置３
４とを有している。また、記憶装置４０は、その内部に
撮像データ格納領域４１と、候補パターン格納領域４２
と、特徴量格納領域４３と、特定量格納領域４４とを有
している。なお、前述のアライメント顕微鏡ＡＳと撮像
データ収集装置３１とから観察装置が構成されている。
なお、図２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２
０の各装置の作用は後述する。

【００６５】なお、本実施形態では、主制御装置３０を
上記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、
主制御装置３０を計算機システムとして構成し、主制御
装置３０を構成する上記の各装置の機能を主制御装置３
０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。

【００６６】図１に戻り、露光装置１００には、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
り供給する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエ
ハＷの表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して
受光する不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多
点フォーカス検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部
（図示省略）に固定されている。この多点フォーカス検
出系としては、例えば特開平５−１９０４２３号公報に
開示されるものと同様の構成のものが用いられ、ステー
ジ制御系１９はこの多点フォーカス検出系からのウエハ
位置情報に基づいてウエハホルダ２５をＺ方向及び傾斜
方向に駆動する。

【００６７】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、主に図３〜図７を参照しつつ説明する。

【００６８】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上の基準板
ＦＭを投影光学系ＰＬの直下に位置決めし、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。

【００６９】このような準備作業の終了後、図３のフロ
ーチャートに示される動作が開始される。

【００７０】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。

【００７１】次に、ステップ１０２において、ウエハＷ
上に形成されたサーチ・アライメントマークの１つであ
るＹマークＳＹＭ（図４（Ａ）参照）を撮像する。

【００７２】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４（Ａ）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
４（Ａ）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４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。

【００７３】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Ｓθ
Ｍとして、図４（Ｂ）に示されるようなＸ方向に延びる
ラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３が、Ｙ方
向に沿って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。そして、ＹマークＳＹＭ及びθ
マークＳθＭは、設計値として、図４（Ｂ）に示される
ように、各ラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ
３が同一のライン幅ＤＬＷを有し、ラインパターンＳＭ
Ｌ１とラインパターンＳＭＬ２との間隔がＤＬＤ１とさ
れ、また、ラインパターンＳＭＬ２とラインパターンＳ
ＭＬ３との間隔がＤＬＤ２とされている。更に、設計上
は、各ラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３の
スペース部との境界部（エッジ部）は同様の形状となっ
ている。

【００７４】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
ークが示されているが、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。

【００７５】以上のように、ＹマークＳＹＭ及びθマー
クＳθＭそれぞれは、（ａ）ラインパターンＳＭＬ１，
ＳＭＬ２，ＳＭＬ３は、同一のライン幅ＤＬＷを有して
いる（以下、「特徴１」という）、（ｂ）ラインパター
ンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３は、所定間隔（ＤＬＤ
１，ＤＬＤ２）でＹ方向に沿って並んでいる（以下、
「特徴２」という）、及び、（ｃ）ラインパターンＳＭ
Ｌ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３は同様のエッジ形状を有して
いる（以下、「特徴３」という）、という３つの特徴を
有しているマークである。ここで、以上の特徴１、特徴
２、及び特徴３の内、特徴１及び特徴２は、特徴３と比
べてＹマークＳＹＭ又はθマークＳθＭらしさをより強
く反映していると考えられる。したがって、ＹマークＳ
ＹＭ及びθマークＳθＭの検出にあたって、特徴１及び
特徴２は、特徴３よりも優先度の高い特徴であるといえ
る。

【００７６】ＹマークＳＹＭの撮像にあたり、主制御系
２０は、アライメント顕微鏡ＡＳの倍率を低倍率に設定
し、この状態で、アライメント顕微鏡ＡＳの下方にＹマ
ークＳＹＭが位置するように、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を移動させる。そして、主制御系２０の制
御装置３９からの指示に応じて、アライメント顕微鏡Ａ
ＳがＹマークＳＹＭを撮像する。こうして、アライメン
ト顕微鏡ＡＳによって撮像された観察視野内の撮像デー
タＩＭＤを、制御装置３９からの指示に応じて、撮像デ
ータ収集装置３１が入力し、撮像データ格納領域４１に
格納することにより、撮像データＩＭＤが収集される。

【００７７】以上のＹマークＳＹＭの撮像にあたって、
図５（Ａ）に示されるように、アライメント顕微鏡ＡＳ
の観察視野ＳＶＡのＸ方向幅はＹマークＳＹＭのＸ方向
幅よりも狭く設定されているが、Ｙ方向幅はＹマークＳ
ＹＭのＹ方向幅よりも広く設定されている。これは、Ｙ
マークＳＹＭのＹ方向位置の検出のためには、観察視野
ＳＶＡには、ＹマークＳＹＭのＸ方向の広がりの一部が
入ればよいが、ＹマークＳＹＭのＹ方向の広がりは全て
を入れる必要があるからである。このため、観察視野Ｓ
ＶＡ内には、ＹマークＳＹＭを構成するラインパターン
ＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３以外のラインパターン
（図５（Ａ）におけるＮＬ１，ＮＬ２，ＮＬ３）が入る
ことがある。

【００７８】次に、図３に戻り、サブルーチン１０３に
おいて、撮像データ格納領域４１に格納された撮像デー
タに含まれる信号波形からＹマークＳＹＭの信号波形パ
ターンが検出されることにより、ＹマークＳＹＭが検出
される。

【００７９】サブルーチン１０３では、図６に示される
ように、まず、ステップ１２１において、抽出装置３１
が撮像データ格納領域４１に格納された撮像データを読
み出して、前処理を行う。この前処理では、まず、観察
領域ＳＶＡのＸ方向の中心付近におけるＹ方向の複数本
（例えば、５０本）の走査線上の強度の分布の平均を求
めることによりホワイトノイズを相殺した後、波形の平
滑化を行って、平均的なＹ方向に関する信号強度分布Ｉ
（Ｙ）を求める。こうして求められた信号強度分布Ｉ
（Ｙ）の例が、図５（Ｂ）に示されている。なお、図５
（Ｂ）の例においては、ラインパターンＳＭＬ１，ＳＭ
Ｌ２，ＳＭＬ３，ＮＬ１，ＮＬ２，ＮＬ３に応じた波形
に、前層までのウエハＷへのパターン転写が理想的に行
われなかったことにともなうノイズＮＺ１，ＮＺ２，Ｎ
Ｚ３，ＮＺ４が重畳された波形が示されている。なお、
本実施形態では、ライン部分の反射率がスペース部分の
反射率よりも高いものとしており、ライン部分の光強度
の方がスペース部分の光強度よりも大きくなるものとし
ている。

【００８０】次に、抽出装置３１は、信号強度分布Ｉ
（Ｙ）の微分波形ｄＩ／ｄＹを算出する。こうして、得
られた微分波形ｄＩ／ｄＹが、図５（Ｃ）に示されてい
る。図５（Ｃ）の微分波形ｄＩ／ｄＹでは、ラインパタ
ーンとスペースパターンとの境界であるエッジの候補で
ある２０個のピークＰ₁〜Ｐ₂₀が現れている。こうした
ピークＰ₁〜Ｐ₂₀について、（ａ）ピーク値がエッジと
しての許容値の範囲内であること（条件１）、（ｂ）ラ
インパターンのエッジに関する波形であれば、Ｙ方向に
波形を辿った場合に、正のピークの後に負のピークが出
現すること（条件２）、（ｃ）Ｙ方向に波形を辿った場
合に、正のピークから次の負のピークまでのＹ方向の距
離がラインパターンのＹ方向幅と考えられるが、Ｙマー
クＳＹＭのラインパターンＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ
３のＹ方向幅として許容値の範囲内であること（条件
３）等の条件をテストすることにより、ラインパターン
ＳＭＬ１，ＳＭＬ２，ＳＭＬ３のエッジ候補を絞りこ
む。こうして絞り込まれた結果、図５（Ｄ）に示される
エッジ候補Ｅ₁〜Ｅ₁₀が残ったっとして、以下説明す
る。すなわち、条件１によってノイズＮＺ２，ＮＺ３に
よるピークＰ₅，Ｐ₆，Ｐ₁₀，Ｐ₁₁がエッジ候補から外さ
れ、条件２によってノイズＮＺ１によるピークＰ₁，Ｐ₂
がエッジ候補から外され、また、条件３によってノイズ
ＮＺ４及びラインパターンＮＬ２によるピークＰ₁₃，Ｐ
₁₄，Ｐ₁₇，Ｐ₁₈がエッジ候補から外されたとする。

【００８１】以上のようにして、撮像データの前処理が
終了すると、図６のステップ１２１において、引き続
き、抽出装置３１が、マーク信号パターンに関する第１
候補パターンの抽出を行う。かかる抽出は、Ｙ座標値が
最も小さいエッジ候補Ｅ１から始めて、Ｙ座標値の大き
さの順に６個のエッジ候補Ｅ₁〜Ｅ₆をとることによって
行われる。そして、各エッジ候補Ｅ₁〜Ｅ₆のＹ座標値及
びピーク値が、候補パターン格納領域４２に格納され
る。

【００８２】次に、ステップ１２３において、抽出装置
３１が、第１候補パターンが有ったか否かを判断する。
もし、エッジ候補が６個未満であるときには、ステップ
１２３において否定的な判断がなされ、処理はステップ
１３５に移る。そして、ステップ１３５において、Ｙマ
ークの検出ができないと判定されて、サブルーチン処理
が終了する。

【００８３】上記のように、エッジ候補が６個以上であ
り、第１候補パターンが抽出されたときには、ステップ
１２３において肯定的な判断がなされ、処理はステップ
１２４に移る。

【００８４】そして、ステップ１２４において、制御装
置３９の指示に応じて、特徴量算出装置３２が、候補パ
ターン格納領域４２からエッジ候補Ｅ₁〜Ｅ₆の情報を読
み出し、第１候補パターンの特徴量を算出する。本実施
形態においては、前述のＹマークＳＹＭの特徴１〜特徴
３それぞれについて特徴量が算出される。

【００８５】すなわち、特徴量算出装置３２は、特徴１
の「ラインパターン幅が所定値（＝ＤＬＷ）である」こ
とに関する特徴量Ａ₁₁を算出する。このため、特徴量算
出装置３２は、エッジ候補Ｅ₁〜Ｅ₆のＹ座標値ＹＥ₁〜
ＹＥ₆として、 ΔＷ₁＝（ＹＥ₂−ＹＥ₁）−ＤＬＷ …（１） ΔＷ₂＝（ＹＥ₄−ＹＥ₃）−ＤＬＷ …（２） ΔＷ₃＝（ＹＥ₆−ＹＥ₅）−ＤＬＷ …（３）によって、ラインパターン幅誤差ΔＷ_k（ｋ＝１〜３）
を求め、該ラインパターン幅誤差ΔＷ_kの標準偏差を特
徴量Ａ₁₁として算出する。

【００８６】また、特徴量算出装置３２は、特徴２の
「ラインパターン間隔が所定値（＝ＤＬＤ１，ＤＬＤ
２）である」ことに関する特徴量Ａ₁₂を算出する。この
ため、特徴量算出装置３２は、 ΔＤ₁＝（ＹＥ₃−ＹＥ₂）−ＤＬＤ１ …（４） ΔＤ₂＝（ＹＥ₅−ＹＥ₄）−ＤＬＤ２ …（５）によって、ラインパターン間隔誤差ΔＤ_m（ｍ＝１，
２）を求め、該ラインパターン間隔誤差ΔＤ_mの標準偏
差を特徴量Ａ₁₂として算出する。

【００８７】また、特徴量算出装置３２は、特徴３の
「エッジ形状が均一である」ことに関する特徴量Ａ
₁₃を、エッジ候補Ｅ₁〜Ｅ₆のピーク値の標準偏差を算出
することによって求める。

【００８８】次いで、ステップ１２５において、特徴量
算出装置３２は、以上のようにして求めた特徴量Ａ₁₁〜
Ａ₁₃を特徴量格納領域４３に特定候補パターン候補の特
徴量Ｂ₁〜Ｂ₃として格納する。

【００８９】そして、ステップ１２６において、特徴量
算出装置３２は、パラメータｉを２に設定する。

【００９０】次に、ステップ１２７において、制御装置
３９の指示に応じて、抽出装置３１は、次から処理する
候補パターンの番号を示すパラメータｉの値を読み出
し、第ｉ候補パターンを抽出する。かかる第ｉ候補パタ
ーンの抽出は、エッジ候補Ｅ_2i _-1から始めて、Ｙ座標値
の大きさの順に６個のエッジ候補Ｅ_2i-1〜Ｅ_2i+4をとる
ことによって行われる。そして、各エッジ候補Ｅ_2i-1〜
Ｅ_2i+4のＹ座標値及びピーク値が、候補パターン格納領
域４２に格納される。

【００９１】引き続き、ステップ１２８において、抽出
装置３１は、第ｉ候補パターンが有ったか否かを判断す
る。ここでは、ｉ＝２であり、エッジ候補Ｅ₃〜Ｅ₈は存
在するので、肯定的な判断がなされ、処理はステップ１
２９に移る。

【００９２】そして、ステップ１２９において、制御装
置３９の指示に応じて、特徴量算出装置３２が、候補パ
ターン格納領域４２からエッジ候補Ｅ₃〜Ｅ₈の情報を読
み出し、第１候補パターンの場合と同様にして、第ｉ候
補パターンの特徴量Ａ_i1〜Ａ _i3を算出し、特徴量格納領
域４３に格納する。

【００９３】次に、ステップ１３０において、制御装置
３９の指示に応じて、特定量算出装置３３が、特徴量格
納領域４３から特定候補パターン候補の特徴量Ｂ₁〜Ｂ₃
及び第ｉ候補パターンの特徴量Ａ_i1〜Ａ_i3を読み出し、
特徴ｊ（ｊ＝１〜３）ごとのコントラストＣ_jを、Ｃ_j＝｜（Ａ_ij−Ｂ_j）／（Ａ_ij＋Ｂ_j）｜ …（６）によって算出する。

【００９４】引き続き、サブルーチン１３１において、
制御装置３９の指示に応じて、判別・処理装置３４が、
現在の特定候補パターン候補と第ｉ候補パターンとの
「マーク信号パターンらしさ」が、特定量格納領域４４
及び特徴量格納領域４３から読み出した特定量Ｃ₁〜
Ｃ₃、現在の特定候補パターン候補の特徴量Ｂ₁〜Ｂ₃、
及び第ｉ候補パターンの特徴量Ａ_i1〜Ａ_i3に基づいて比
較される。なお、前述したように、特徴１及び特徴２の
方が特徴３よりもＹマークＳＹＭの特徴を良く反映して
いるので、比較にあたって、特徴１及び特徴２の優先度
を特徴３の優先度よりも高くしている。

【００９５】サブルーチン１３１では、図７に示される
ように、判別・処理装置３４が、ステップ１４１におい
て、優先度の最も高い特徴、すなわち特徴１及び特徴２
に応じたコントラストＣ₁及びコントラストＣ₂のなか
で、予め定められた一定値Ｄ以上のものがあるか否かを
判断する。ここで、例えば、一方のコントラストが他方
のコントラストの２倍以上であるか否かを判定したいと
きには、Ｄを１／３とする。また、一方のコントラスト
が他方のコントラストの１．５倍以上であるか否かを判
定したいときには、Ｄを１／５とする。また、単に大小
を比較すればよいときには、Ｄを０とする。

【００９６】ステップ１４１で肯定的な判断がなされる
と、処理はステップ１４５に移る。ステップ１４５にお
いては、まず、判別・処理装置３４が、値Ｄ以上であっ
たコントラストの内で最大のものを選び出す。すなわ
ち、コントラストＣ₁及びコントラストＣ₂の双方が値Ｄ
以上であった場合には、コントラストＣ₁とのコントラ
ストＣ₂との大小比較を行い、大きい方を選び出す。も
し、コントラストＣ₁とのコントラストＣ₂と同一である
場合には、双方を選択する。また、コントラストＣ₁及
びコントラストＣ₂の一方のみが値Ｄ以上であった場合
には、その一方のみが自動的に選択される。

【００９７】次に、判別・処理装置３４が、選択された
コントラストに応じた特徴の大小に応じて、現在の特定
候補パターン候補と第ｉ候補パターンとの「マーク信号
パターンらしさ」の高低を判定する。本実施形態では、
ラインパターン幅の設計値からのバラツキが小さいほど
マーク信号パターンらしく、また、ラインパターン間隔
の設計値からのバラツキが小さいほどマーク信号パター
ンらしいと考えられるので、上記で選択されたコントラ
ストに応じた特徴量が小さいほど、「マーク信号パター
ンらしさ」が高いと判定される。

【００９８】そして、判別・処理装置３４は、「マーク
信号パターンらしさ」が高いと判定されたものの特徴量
を新たな特定候補パターン候補の特徴量として特徴量格
納領域４３に格納しサブルーチン１３１の処理を終了す
る。

【００９９】なお、コントラスト値の比較により、双方
のコントラストが選択され、かつ、それぞれのコントラ
ストに応じた特徴における「マーク信号パターンらし
さ」の高低の判定結果が相反する結果となったときは、
双方の候補パターンの「マーク信号パターンらしさ」は
同程度であると考えられるので、判別・処理装置３４
は、双方の候補パターンの特徴量を新たな特定候補パタ
ーン候補の特徴量として特徴量格納領域４３に格納しサ
ブルーチン１３１の処理を終了する。

【０１００】上述のステップ１４１において否定的な判
断がなされたときには、処理はステップ１４２に移り、
ステップ１４２において、判別・処理装置３４が、次に
高い優先度の特徴があるか否かを判断する。この段階で
は、２番目の優先度の特徴３が存在するので、肯定的な
判断がなされ、処理はステップ１４３に移る。

【０１０１】ステップ１４３においては、判別・処理装
置３４が、ステップ１４１の場合と同様にして、コント
ラストＣ₃が値Ｄ以上であるか否かを判定する。そし
て、肯定的な判断がなされると、処理はステップ１４５
に移り、上記と同様にして、現在の特定候補パターン候
補と第ｉ候補パターンとの「マーク信号パターンらし
さ」の高低が判定され、「マーク信号パターンらしさ」
が高いと判定された候補パターンの特徴量が、新たな特
定候補パターン候補の特徴量として特徴量格納領域４３
に格納され、サブルーチン１３１の処理が終了する。

【０１０２】一方、ステップ１４３において否定的な判
断がなされると、処理はステップ１４２に移り、ステッ
プ１４２において、判別・処理装置３４が、次に高い優
先度の特徴があるか否かを判断する。この段階では、次
に優先度の高い特徴は無いので、否定的な判断がなさ
れ、処理はステップ１４４に移る。

【０１０３】ステップ１４４において、判別・処理装置
３４は、双方の候補パターンの「マーク信号パターンら
しさ」は同程度であると判定し、双方の候補パターンの
特徴量を新たな特定候補パターン候補の特徴量として特
徴量格納領域４３に格納しサブルーチン１３１の処理を
終了する。

【０１０４】以上のようにして、サブルーチン１３１が
終了すると、図６のステップ１３３において、パラメー
タｉがインクリメントされる。引き続き、ステップ１２
７〜ステップ１３３までの処理が、ステップ１２８にお
いて否定的な判断がなされるまで、各第ｉ候補パターン
ごとに行われ、特定候補パターン候補が更新される。そ
して、すべての候補パターンについて、「マーク信号パ
ターンらしさ」の評価が終了すると、ステップ１２８に
おいて否定的な判断がなされると、処理はステップ１３
４に移る。

【０１０５】ステップ１３４においては、特徴量格納領
域４３に記憶された特定候補パターン候補の情報が読み
出され、最終的に残った特定候補パターン候補の数が１
つであるか否かが判断される。ここで、肯定的な判断が
なさると、処理がステップ１３６にうつり、ＹマークＳ
ＹＭが検出されたと判定されるとともに、最終的に残っ
た特定候補パターン候補がＹマーク信号パターンである
と判定され、サブルーチン１０３の処理が終了する。一
方、否定的な判断がなされると、処理がステップ１３５
に移り、ＹマークＳＹＭが検出されなかった判定され、
サブルーチン１０３の処理が終了する。

【０１０６】以上のようにして、サブルーチン１０３が
終了すると、図３のステップ１０４において、Ｙマーク
ＳＹＭが検出されたか否かが判定される。ここで、否定
的な判断がなされると、ＹマークＳＹＭの再検出等のエ
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１０５に移る。

【０１０７】ステップ１０５において、主制御系２０で
は、特徴量格納領域４３に格納されたＹマークＳＹＭの
マーク信号パターンの情報に基づいて、スライス法や最
大スロープ法等により、ＹマークＳＹＭのＹ位置Ｙ₁を
検出する。

【０１０８】次に、ステップ１０６〜１０９において、
上述のステップ１０２〜１０５と同様にして、θマーク
ＳθＭのＹ位置Ｙ₂が求められる。

【０１０９】引き続き、ステップ１１１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Ｙ₁，Ｙ₂に基づいて、ウエハ・ローテー
ションθ_sを、 θ_s＝（Ｙ₁−Ｙ₂）／Ｌ …（７）によって算出するとともに、ウエハの中心位置Ｏ’を算
出する。ここで、Ｌは、ＹマークＳＹＭとθマークＳθ
Ｍとの間の設計上のＸ方向距離である。

【０１１０】上記のウエハ・ローテーションθ_s及びウ
エハ中心位置の算出が終了すると、ステップ１１２にお
いて、ＥＧＡ計測の対象となるウエハ上の複数ショット
（ＥＧＡサンプリングショット）に付設されたファイン
・アライメント・マーク（以下、便宜上「サンプリング
・マーク」と呼ぶ）の位置を、それぞれの設計値と上で
求めたウエハ・ローテーションθ_sとウエハ中心位置
Ｏ’とに基づいて算出する。

【０１１１】次に、ステップ１１３において、主制御系
３２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１１２で求めた各サンプ
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、干渉計システム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干渉計システム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。

【０１１２】引き続きステップ１１４において、主制御
系２０は、例えば特開昭６１ー４４４２９号公報に開示
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Ｏｒ
ｔ、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。

【０１１３】次いで、ステップ１１５において、主制御
系３２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。

【０１１４】なお、上記のステップ１１３，１１４，１
１５の処理の具体的内容は、例えば上記特開昭６１ー４
４４２９号公報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。

【０１１５】その後、主制御系２０では、上で求めた各
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ＷＳ
Ｔ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。

【０１１６】以上説明したように、本実施形態による
と、ＹマークＳＹＭやθマークＳθＭの形成領域を含む
ウエハＷ上の領域を観察して得られた観察信号から候補
パターンを抽出し、抽出された候補パターンそれぞれに
ついて特徴量を求め、「マーク信号パターンらしさ」が
比較される２つの候補パターンについて、マークの特徴
ごとに、特徴量の差を反映し、無次元化及び規格化され
た、（６）式で定義されるコントラストを求めることに
している。このため、一方の候補パターンの「マーク信
号パターンらしさ」と他方の候補パターンの「マーク信
号パターンらしさ」との比較にあたって、注目する特徴
についてどの程度の「マーク信号パターンらしさ」の相
違があるかの定量的な評価を簡易に行うことができる。
また、注目する特徴が複数あるときには、どの特徴につ
いてどの程度の「マーク信号パターンらしさ」の相違が
あるかの定量的な評価を簡易に行うことができる。した
がって、精度良くかつ簡易にＹマークＳＹＭやθマーク
ＳθＭを検出することができる。

【０１１７】また、「マーク信号パターンらしさ」の比
較において使用される特徴に優先度を設け、優先度の高
いものから順に比較していくので、マーク検出を迅速に
検出することができる。

【０１１８】また、ＹマークＳＹＭやθマークＳθＭを
精度良く検出することができるので、ウエハの正確な位
置合わせが可能となり、レチクルに形成されたパターン
を精度良くウエハＷのショット領域に転写することがで
きる。

【０１１９】なお、上記の第１の実施形態では、「マー
ク信号パターンらしさ」の比較において使用される特徴
を上述の特徴１〜特徴３としたが、これらの内の１つ又
は２つの特徴のみを使用することも可能であるし、ま
た、他の特徴（例えば、設計上では、ラインパターンの
２つのエッジは均一であるという特徴等）を使用するこ
とも可能である。さらに、上述の特徴１〜特徴３以外に
他の特徴を加えて、「マーク信号パターンらしさ」の比
較を行うことも可能である。

【０１２０】また、上記の第１の実施形態では、比較に
おいて使用される特徴に優先度を設けたが、優先度によ
る特徴のグループ分けを行わないことも可能である。

【０１２１】また、上記の第１の実施形態では、２つの
候補パターンにおける「マーク信号パターンらしさ」の
判定に使用する特定量として、上記の（６）式で定義さ
れるコントラストを使用したが、２つの特徴量に関する
標準偏差を、２つの特徴量の平均値によって除算したも
のとすることができるし、また、比較対象となる２つの
特徴量に関する分散を、２つの特徴量の平均値の自乗に
よって除算したものとすることもできる。さらに、特定
量を、比較対象となる２つの特徴量の差を、全ての候補
信号パターンから選択された候補信号パターンそれぞれ
に応じた前記２つの特徴量と同一種類の特徴量の線形結
合によって除算したものとすることもできる。

【０１２２】《第２の実施形態》以下、本発明の第２の
実施形態に係る露光装置を、図８〜図１３を参照して説
明する。

【０１２３】本実施形態の露光装置は、前述の第１の実
施形態の露光装置１００と比べて、図２における抽出装
置３１の作用が異なる、すなわち、図６のステップ１２
１，１２７におけるマーク信号パターンの候補パターン
の抽出動作が異なる以外は、全く同様に構成され、作用
する。以下、主にこの相違点に着目して、本実施形態の
露光装置について説明する。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。

【０１２４】本実施形態における抽出装置３１は、図８
に示されるように、制御装置３９（図２参照）の制御の
下で、抽出装置３１全体を制御する抽出制御装置７９
と、撮像データ格納領域４１から読み出した撮像データ
に基づいて、マーク信号パターン候補の第１次抽出を行
う第１次抽出装置７７と、第１次抽出装置７７によって
抽出された第１次マーク信号パターン候補から第２次マ
ーク信号パターン候補を抽出する第２次抽出装置７８と
を備えている。ここで、第１次抽出装置７７は、第１特
徴量演算装置７１と、第１判定装置７２と、第２特徴量
演算装置７３と、第２判定装置７４とから構成されてい
る。かかる抽出装置３１の各装置の作用は後述する。

【０１２５】なお、本実施形態では、抽出装置３１を上
記のように、各種の装置を組み合わせて構成したが、前
述のように主制御装置３０（図２参照）を計算機システ
ムとして構成したときには、主制御装置３０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。

【０１２６】ところで、ウエハＷにおけるＹマークＳＹ
Ｍ及びθマークＳθＭの形成領域は、図９（Ａ）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、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及びこれらの間のスペースパターンを、
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。レジスト層ＰＲＴの材質
は、例えばポジ型レジスト材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。

【０１２７】このとき、上方から照明光を照射し、マー
クＳＹＭ（ＳθＭ）の形成領域における反射光による像
を上方で観察すると、ラインパターンＳＭＬｍが照射光
に対して明暗マークとして振る舞うか、位相マークとし
て振る舞うかによって、マーク像における光強度のＹ方
向分布が異なる。ラインパターンＳＭＬｍが明暗マーク
としてのみ振る舞うときのマーク像における光強度のＹ
方向分布ＩＳ（Ｙ）（以下、「明暗マーク波形（又はシ
ングル波形）ＩＳ（Ｙ）」という）は、図９（Ｂ）に示
されるように、ラインパターンＳＭＬｍの上面に対応す
るライン平坦部ＬＦｍで光強度が最も大きく且つ一定で
あり、スペースパターン上面（基層５１上面）に対応す
るスペース平坦部ＳＦで光強度が次に大きく且つ一定で
あり、そして、ラインパターンＳＭＬｍの上面と基層５
１上面との間すなわちエッジ部では、光強度が単調に変
化する。一方、ラインパターンＳＭＬｍが位相マークと
してのみ振る舞うときのマーク像における光強度のＹ方
向分布ＩＤ（Ｙ）（以下、「位相マーク波形（又はダブ
ル波形）ＩＤ（Ｙ）」という）は、図９（Ｃ）に示され
るように、ライン平坦部ＬＦｍで光強度が最も大きく且
つ一定であり、スペース平坦部ＳＦで光強度が次に大き
く且つ一定であり、そして、エッジ部では、光強度がＪ
字（又は、し字）状に変化する。

【０１２８】なお、通常観察されるマーク像における光
強度のＹ方向分布は、明暗マーク波形ＩＳ（Ｙ）と位相
マーク波形ＩＤ（Ｙ）との中間の波形となる。すなわ
ち、通常の波形は、マークエッジ部において極小点すな
わち谷を有しているが、その谷の深さは、位相マーク波
形ＩＤ（Ｙ）程深いものではない。ここで、その谷の深
さは、同一のマーク内においても対応するラインパター
ンが異なれば異なることがあり、さらに、同一のライン
パターンであってもその両側のマークエッジごとに異な
ることもある。

【０１２９】また、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示されるよう
に、位相マークであるか明暗マークであるかにかかわら
ず、各ライン平坦部ＬＦｍとそのＹ方向両側の波形エッ
ジの部分を含めた領域（以下、「ライン像幅」という）
のＹ方向幅は、本来のラインパターンＳＭＬｍに応じた
Ｙ方向幅よりも大きくなっている。以下、ライン像幅を
ＬＷと表す。

【０１３０】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、主に図９〜図１３を参照しつつ説明する。

【０１３１】まず、第１の実施形態と同様に、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。次に、図３の
ステップ１０１において、不図示の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、ウエハＷ上に形成されたサーチ・
アライメントマークの１つであるＹマークＳＹＭが撮像
される（図３のステップ１０１，１０２参照）。

【０１３２】かかる撮像の結果、図１０（Ａ）に示され
るように、ライン像幅ＬＷのライン像ＩＭＬ１〜ＩＭＬ
３を含み、ライン像ＩＭＬ１とライン像ＩＭＬ２との間
隔が幅ＳＷ１であり、ライン像ＩＭＬ２とライン像ＩＭ
Ｌ３との間隔が幅ＳＷ２であるＹマーク像ＩＳＹＭが撮
像される。なお、ライン像ＩＭＬ１〜ＩＭＬ３のＹ方向
中心位置間の間隔は、ラインパターンＳＭＬ１〜ＳＭＬ
３のＹ方向中心位置間の間隔に応じたものとなってい
る。

【０１３３】次に、撮像データ格納領域４１に格納され
た撮像データに含まれる信号波形からＹマークＳＹＭの
信号波形パターンが検出されることにより、ＹマークＳ
ＹＭが検出される（図３のステップ１０３参照）。かか
るＹマークの検出にあたって、まず、図６のステップ１
２１（図３のサブルーチン１０３における最初の処理ス
テップ）において、抽出装置３１によるマーク信号パタ
ーンに関する第１候補パターンの抽出が行われる。

【０１３４】本実施形態における当該第１候補パターン
の抽出は、図１１のステップ１５１において、第１特徴
量演算装置７１が、撮像データ格納領域４１に格納され
た撮像データを読み出して、前処理を行う。この前処理
は、第１の実施形態と同様に、観察領域のＸ方向の中心
付近におけるＹ方向の複数本（例えば、５０本）の走査
線上の強度の分布の平均を求めることによりホワイトノ
イズを相殺した後、波形の平滑化を行って、平均的なＹ
方向に関する信号強度分布（以下、「信号波形」とい
う）Ｉ（Ｙ）を求めることによって行われる。

【０１３５】こうして求められた信号波形Ｉ（Ｙ）の例
が、図１０（Ｂ）に示されている。この図１０（Ｂ）の
例では、ライン像ＩＭＬ１は、ほぼ位相マーク像である
としている。また、ライン像ＩＭＬ２は、その−Ｙ方向
側では位相マーク像の傾向が強く、＋Ｙ方向側では明暗
マーク像の傾向が強いとしている。また、ライン像ＩＭ
Ｌ３は、ほぼ明暗マーク像であるとしている。そして、
信号波形は、様々な信号波形が重畳しているとしてい
る。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、
ライン部分の反射率がスペース部分の反射率よりも高い
ものとしており、ライン部分の光強度の方がスペース部
分の光強度よりも大きくなるものとしている。

【０１３６】次に、第１特徴量演算装置７１が、信号強
度分布Ｉ（Ｙ）の微分波形ｄＩ（Ｙ）／ｄＹ及びその絶
対値Ｊ（Ｙ）を算出する。こうして、得られた微分絶対
値波形Ｊ（Ｙ）が、図１０（Ｃ）に示されている。この
図１０（Ｃ）の微分絶対値波形Ｊ（Ｙ）では、ライン像
ＩＭＬ１領域内における微分絶対値波形Ｊ（Ｙ）のピー
クをＰ１１〜Ｐ１５で、ライン像ＩＭＬ２領域内におけ
る微分絶対値波形Ｊ（Ｙ）のピークをＰ２１〜Ｐ２５
で、ライン像ＩＭＬ３領域内における微分絶対値波形Ｊ
（Ｙ）のピークをＰ３１〜Ｐ３３としている。また、図
１０（Ｃ）においては、スペース像領域における微分絶
対値波形Ｊ（Ｙ）の最大ノイズピークをＰＮＭとしてい
る。

【０１３７】以上のようにして、撮像データの前処理が
終了すると、図１１のステップ１５２において、第１特
徴量演算装置７１が、第１候補パターンの第１次候補パ
ターンの抽出のために、第１次抽出用の領域ＡＲＡを走
査開始位置に設定する。かかる領域ＡＲＡは、図１２に
示されるように、ライン像幅ＬＷよりも僅かに大きなＹ
方向幅ＬＡＷのライン像候補領域ＬＡ１〜ＬＡ３を含む
とともに、ライン像候補領域ＬＡ１とライン像候補領域
ＬＡ２との間隔が幅ＳＡＷ１である第１スペース像候補
領域ＳＡ１、及び、ライン像候補領域ＬＡ２とライン像
候補領域ＬＡ３との間隔が幅ＳＡＷ２である第２スペー
ス像候補領域ＳＡ２を含んでいる。なお、ライン像候補
領域ＬＡ１〜ＬＡ３のＹ方向中心位置間の間隔は、ライ
ン像ＩＭＬ１〜ＩＭＬ３のＹ方向中心位置間の間隔に一
致している。また、第１スペース像候補領域ＳＡ１及び
第２スペース像候補領域ＳＡ２からなる領域を、以下、
スペース像候補領域ＳＡというものとする。

【０１３８】領域ＡＲＡの−Ｙ方向の端点のＹ位置ＹＰ
は可変パラメータであり、Ｙ位置ＹＰを変化させること
により、領域ＡＲＡを＋Ｙ方向に走査することにしてい
る。第１候補パターンの抽出にあたっては、領域ＡＲＡ
を走査開始位置への設定にあたって、Ｙ位置ＹＰを、微
分絶対値波形Ｊ（Ｙ）において、所定の閾値よりもピー
ク高が高いピークの内、最も−Ｙ方向側にあるピークの
−Ｙ方向側端点の位置に設定する。

【０１３９】図１１に戻り、次に、サブルーチン１５３
において、そのときの走査位置における第１候補パター
ンの検出を行う。

【０１４０】サブルーチン１５３においては、図１３に
示されるように、まず、ステップ１６１において、第１
特徴量演算装置７１が、領域ＡＲＡのスペース像候補領
域ＳＡ中における最大のピーク高ＮＰＨを抽出する。

【０１４１】次に、各ライン像候補領域ＬＡｊ（ｊ＝１
〜３）内を調査するが、まず、ステップ１６２におい
て、第１特徴量演算装置７１が、パラメータｊを１に設
定する。

【０１４２】次に、ステップ１６３において、第１特徴
量演算装置７１が、ライン像候補領域ＬＡｊにおける微
分絶対値波形Ｊ（Ｙ）のピークＰｊｓ（ｓ＝１，…）を
抽出し、各ピークＰｊｓ（ｓ＝１，…）のピーク高ＰＨ
ｓを求める。そして、第１特徴量演算装置７１は、各ピ
ークＰｊｓのピーク高ＰＨｓを、各ピークＰｊｓのＹ位
置情報及び微分波形ｄＩ／ｄＹにおいて正のピークであ
るか、負のピークであるかの情報（以下、「ピーク情
報」という）とともに、第１判定装置７２に供給する。

【０１４３】次いで，第１判定装置７２は、ピーク高Ｐ
Ｈｓの中から、ＰＨｓ＞Ｃ１・ＮＰＨ …（８）の条件を満足するピーク高ＰＨｋ（ｋ＝１，…，ＮＰ
ｊ）の数ＮＰｊを求める。ここで、定数Ｃ１は、ノイズ
ピーク高に対して信号ピーク高が最低限は有するべきレ
ベルを規定する値であり、予め設計上あるいは実験的に
定められている値である。

【０１４４】次に、第１判定装置７２が、ピーク数ＮＰ
ｊについて、ＮＰｊ≧２ …（９）の条件を満足するか否かを判定する。この判定結果が否
定的な場合には、波形エッジが高々１個しかないことに
なるので、ライン像候補領域ＬＡｊ中には、図９（Ｂ）
又は図９（Ｃ）に示されるようなラインパターンに応じ
た波形は存在しないと判定され、処理がステップ１７３
に移行する。ステップ１７３において、判定装置７２が
候補パターン検出フラグをＯＦＦとする。そして、サブ
ルーチン１５３の処理を終了する。

【０１４５】一方、（９）式の判定結果が肯定的な場合
には、処理がステップ１６５に移行する。そして、ステ
ップ１６５において、第１判定装置７２が、ＮＰｊ＝４ …（１０）の条件を満足するか否かを判定する。この判定結果が肯
定的な場合には、波形エッジが４つあるので、ダブル波
形である可能性が有ると判定され、第１判定装置７２
は、各ピークＰｊｋ（ｋ＝１〜４）のピーク情報を第２
次抽出装置７８に供給する。そして、処理がステップ１
７０に移行する。

【０１４６】引き続き、ステップ１７０において、第２
次抽出装置７８が、ライン像候補領域ＬＡｊ内の波形が
ダブル波形である可能性が高いか否かが、ピークＰｊｋ
をＹ位置の小さい順に並べた場合に、微分波形ｄＩ／ｄ
Ｙにおいて、（ａ）第１ピークが負のピーク、第２ピー
クが正のピーク、第３ピークが負のピーク、及び第４ピ
ークが正のピークとなっていること（条件１）、（ｂ）
第２ピークと第３ピークとの間の幅が、ライン平坦部の
幅として許容値の範囲に入っていること（条件２）等の
条件をテストすることにより、判定される。ステップ１
７０における判定結果が否定的であるときには、処理は
ステップ１７３に移行する。そして、ステップ１７３に
おいて、第２次抽出装置７８が第１次候補パターン検出
フラグをＯＦＦとする。そして、サブルーチン１５３の
処理を終了する。一方、ステップ１７０における判定が
肯定的であったときには、処理は、ステップ１７１に移
行する。

【０１４７】ところで、上述のステップ１６５において
否定的な判断がなされた場合には、処理はステップ１６
６に移行する。そして、ステップ１６６において、第１
判定装置７２が、ＮＰｊ≧５ …（１１）の条件を満足するか否かを判定する。この判定結果が否
定的な場合には、シングル波形である可能性が有ると判
定され、第１判定装置７２が、各ピークＰｊｋ（ｋ＝１
〜３）のピーク情報を第２次抽出装置７８に供給する。
そして、処理がステップ１６９に移行する。

【０１４８】引き続き、ステップ１６９において、第２
次抽出装置７８が、ライン像候補領域ＬＡｊ内の波形が
シングル波形である可能性が高いか否かが、ピークＰｊ
ｋををＹ位置の小さい順に並べた場合に、微分波形ｄＩ
／ｄＹにおいて、（ａ）第１ピークが正のピーク、第２
ピークが負のピークとなっていること（条件１）、
（ｂ）第１ピークと第２ピークとの間の幅が、ライン平
坦部の幅として許容値の範囲に入っていること（条件
２）等の条件をテストすることにより、判定される。ス
テップ１６９における判定結果が否定的であるときに
は、処理はステップ１７３に移行する。そして、ステッ
プ１７３において、第２次抽出装置７８が候補パターン
検出フラグをＯＦＦとする。そして、サブルーチン１５
３の処理を終了する。また、ステップ１６９における判
定結果が肯定的であるときには、処理はステップ１７１
に移行する。

【０１４９】一方、ステップ１６６における判定結果が
肯定的であった場合には、シングル波形である可能性と
ダブル波形である可能性が有ると判定され、第１判定装
置７２が、各ピークＰｊｋのピーク高及びピーク情報を
第２特徴量演算装置７３に供給する。そして、処理がス
テップ１６７に移行する。

【０１５０】ステップ１６７において、第２特徴量演算
装置７３が、ピークＰｊｋをピーク高の高い順に並べ替
える。この順に並べ替えられた場合のピーク高をＰＨｔ
（ｔ＝１，…）とする。引き続き、第２特徴量演算装置
７３が、信号レベル閾値として、値Ｃ２・ＰＨ５を算出
する。ここで、定数Ｃ２は、ライン像候補領域ＬＡｊに
おいて、ノイズピーク高に対して信号ピーク高が最低限
は有するべきレベルを規定する値であり、予め設計上あ
るいは実験的に定められている値である。そして、第２
特徴量演算装置７３は、第２判定装置７４にピークＰｊ
ｋのピーク情報、ピーク高ＰＨｔ、及び値Ｃ２・ＰＨ５
を供給する。

【０１５１】次に、第２判定装置７４は、ピーク高ＰＨ
ｔにおいて、ＰＨ４＞Ｃ２・ＰＨ５ …（１２）の条件を満たすか否かを判定する。判定結果が肯定的な
場合は、有効な波形エッジが４つあるので、ダブル波形
である可能性が有ると判定され、第２判定装置７４が、
各ピークＰｊｋのピーク高及びピーク情報を第２次抽出
装置７８に供給する。そして、処理がステップ１７０に
移行する。以下、上記のステップ１７０以後と同様に処
理される。

【０１５２】これに対して、ステップ１６７における判
定結果が否定的な場合は、処理がステップ１６８に移行
する。そして、ステップ１６８において、第２判定装置
７４が、ピーク高ＰＨｔにおいて、ＰＨ２＞Ｃ２・ＰＨ５ …（１３）の条件を満たすか否かを判定する。ステップ１６８にお
ける判定結果が否定的な場合には、有効な波形エッジが
２つは存在しないので、マーク信号波形である可能性は
ないと判定され、処理がステップ１７３に移行する。そ
して、ステップ１７３において、第２判定装置７４が第
１次候補パターン検出フラグをＯＦＦとし、サブルーチ
ン１５３の処理を終了する。

【０１５３】一方、ステップ１６８の判定結果が肯定的
であった場合には、有効な波形エッジが２つ又は３つ存
在するので、シングル波形である可能性があると判定さ
れ、第２判定装置７４が、各ピークＰｊｋのピーク高及
びピーク情報を第２次抽出装置７８に供給する。そし
て、処理がステップ１６９に移行する。以下、上記のス
テップ１６９以後と同様に処理される。

【０１５４】上記の処理において、処理がステップ１７
１に移行すると、ステップ１７１において、ライン像候
補領域番号ｊが３であるかを判定することにより、全て
のライン像候補領域ＬＡｊについて調査をしたか否かが
判定される。この段階では、ｊ＝１について調査したの
みなので、否定的な判断がなされ、処理がステップ１７
２に移行する。

【０１５５】ステップ１７２においては、パラメータ値
ｊがインクリメントされる。そして、処理がステップ１
６３に移行する。以後、上記の処理と同様にして、順
次、ライン像候補領域ＬＡｊについて、信号波形の調査
が行われる。

【０１５６】そして、ステップ１７１で肯定的な判断が
なされ、全てのライン像候補領域ＬＡｊの信号波形が、
第２次抽出の結果としてシングル波形又はダブル波形で
ある可能性があると判定されると、処理がステップ１７
４に移行する。引き続き、ステップ１７４において、第
２次抽出装置７８が、波形エッジ候補に関するエッジ情
報を候補パターン格納領域４２に格納するとともに、候
補パターン検出フラグをＯＮとする。そして、サブルー
チン１５３の処理が終了する。

【０１５７】以上のサブルーチン１５３において、例え
ば，領域ＡＲＡの走査位置ＹＰが図１０（Ｃ）のピーク
Ｐ１１の−Ｙ方向側端点であった場合には、Ｐ１１〜Ｐ
１５からなるピーク群Ｐ１については、図１３のステッ
プ１６４、１６５、１６６、１６７、１７０を順次介す
る処理がなされ、ダブル波形が存在する可能性があると
判定される。また、図１０（Ｃ）のＰ２１〜Ｐ２５から
なるピーク群Ｐ２については、図１３のステップ１６
４、１６５、１６６、１６７、１６８、１６９を順次介
する処理がなされ、シングル波形が存在する可能性があ
ると判定される。また、図１０（Ｃ）のＰ３１〜Ｐ３３
からなるピーク群Ｐ３については、図１３のステップ１
６４、１６５、１６６、１６９を順次介する処理がなさ
れ、シングル波形が存在する可能性があると判定され
る。

【０１５８】以上のようにして、サブルーチン１５３の
処理が終了すると、図１１に戻り、ステップ１５４にお
いて、候補パターン検出フラグがＯＮであるか否かを判
定することにより、候補パターンが検出されたか否かが
判定される。ステップ１５４における判定結果が肯定的
な場合には、ステップ１２１の処理が終了する。

【０１５９】一方、ステップ１５４における判定結果が
否定的な場合には、処理が、ステップ１５５に移行す
る。ステップ１５５においては、領域ＡＲＡが走査終了
位置に達しているか否かが判定される。この段階では、
領域ＡＲＡは走査開始位置にあるので、否定的な判定が
なされ、処理がステップ１５６に移行する。

【０１６０】ステップ１５６においては、第１特徴量算
出装置７１が、領域ＡＲＡは走査位置を次の走査位置に
設定する。そして、処理がサブルーチン１５３に移行す
る。以下、候補パターンが検出されるか、領域ＡＲＡが
走査終了位置となるまで、上記の処理が繰り返しおこな
われる。そして、ステップ１２１の処理を終了する。

【０１６１】こうして、ステップ１２１の処理が終了す
ると、引き続き、図６のステップ１２３以後の処理が第
１の実施形態と同様にして実行される。なお、ステップ
１２７における候補パターン抽出は、その直前に候補パ
ターンを検出した領域ＡＲＡの走査位置の次の走査位置
を走査開始位置として、上記のステップ１２１と同様に
行われる。

【０１６２】以上説明したように、本実施形態による
と、マークＳＹＭ（ＳθＭ）を含むウエハＷの領域を観
察して得られた観察信号から、マークＳＹＭ（ＳθＭ）
を反映した波形エッジを含むことが期待されるライン像
領域候補ＬＡｊ内の観察波形に関する波形エッジの傾き
の絶対値（微分信号の絶対値）と、波形エッジを含まな
いことが期待されるスペース像領域候補ＳＡ内の観察波
形（ノイズ波形）に関する微分信号の絶対値の最大値を
求める。そして、波形エッジの傾きの絶対値とノイズ波
形の微分信号の絶対値の最大値とを比較して、ライン像
領域候補ＬＡｊ内にマークＳＹＭ（ＳθＭ）を反映した
信号波形パターンが存在する可能性があるか否かを判定
する。したがって、簡易かつ精度良くマークを検出する
ことができる。

【０１６３】また、本実施形態では、ライン像領域候補
ＬＡｊとスペース像領域候補ＳＡとから成る領域を走査
しつつ、走査位置ごとに、ライン像領域候補ＬＡｊ内に
マークＳＹＭ（ＳθＭ）を反映した信号波形パターンが
存在する可能性があるか否かを判定するので、マークＳ
ＹＭ（ＳθＭ）の形成位置が全く未知であるときであっ
ても、簡易かつ精度良くマークを検出することができ
る。

【０１６４】また、ライン像領域候補ＬＡｊ内における
２〜４つの波形エッジを検出ことにしているので、シン
グル波形又はダブル波形の識別をすることができ、簡易
かつ精度良くマークＳＹＭ（ＳθＭ）を検出することが
できる。

【０１６５】また、ライン像領域候補ＬＡｊ内における
ノイズをも評価するので、簡易かつ更に精度良くマーク
ＳＹＭ（ＳθＭ）を検出することができる。

【０１６６】《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。

【０１６７】図１４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、ＣＣ
Ｄ、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１４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。

【０１６８】次に、ステップ２０４（ウエハプロセスス
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（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。

【０１６９】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。

【０１７０】図１５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１５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２
１４（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。

【０１７１】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
（レジスト処理ステップ）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、上記で説明した露光装置１００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。

【０１７２】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。

【０１７３】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。

【０１７４】なお、上記の第１及び第２の実施形態で
は、ＦＩＡ方式を採用したが、ＬＳＡ方式を採用する場
合にも上記の実施形態と同様にしてマークを検出するこ
とができる。

【０１７５】また、上記の第１及び第２の実施形態で
は、サーチ・アライメント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、Ｙ方向を正確に計測できる
マークであれば、いかなる形状のマークを使用すること
も可能である。さらに、第１の実施形態では、サーチ・
アライメントマークをいわゆるシングルマークとした
が、ラインパターンのエッジの観察結果が周囲よりも光
強度が小さくなる、いわゆるダブルマークの場合にも、
エッジ候補の検出後においては、上記の実施形態と同様
にしてマークを検出することができる。

【０１７６】また、第２の実施形態で求められる波形エ
ッジ候補の微分波形ピークの絶対値とノイズ候補の微分
波形ピークの絶対値との比を、第１の実施形態における
特徴量の１つとして、処理することも可能である。

【０１７７】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。

【０１７８】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
マークの検出、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
ントマークの検出、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検出、
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。

【０１７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１のマ
ーク検出方法によれば、マークの形成領域を物体の領域
を観察して得られた観察信号から候補パターンを抽出
し、抽出された候補パターンが複数となった場合には、
マークの特徴ごとに、比較対象となる２つの候補パター
ン間における特徴量の差を反映させ、かつ無次元化及び
規格化して求めた特定量に基づいて候補パターン間にお
けるマーク信号パターンらしさの相違の程度を、特徴の
種類によらない統一的な方法で評価する。このため、マ
ークの誤認識を低減することができるので、精度良くマ
ークを検出することができる。

【０１８０】また、本発明の第２のマーク検出方法によ
れば、マークの形成領域を含む物体の領域を観察して得
られた観察信号から、マークを反映した信号パターンを
含むことが期待される第１領域内の観察波形に関する第
１の信号パターン特徴量と、マークを反映した信号パタ
ーンを含まないことが期待される第２領域内の観察波形
に関する第２の信号パターン特徴量を求め、これらの関
係に基づいて、第１領域内にマークを反映した信号パタ
ーンが有意に含まれる可能性があるか否かを判定する。
したがって、本発明の第２のマーク検出方法によって、
簡易かつ精度良くマークを検出することができる。

【０１８１】また、本発明の第１のマーク検出装置によ
れば、本発明の第１のマーク検出方法を使用してマーク
信号領域を抽出するので、精度良くマーク位置の検出を
することができる。

【０１８２】また、本発明の第２のマーク検出装置によ
れば、本発明の第２のマーク検出方法を使用してマーク
信号領域を抽出するので、精度良くマーク位置の検出を
することができる。

【０１８３】また、本発明の露光方法によれば、本発明
の第１又は第２のマーク検出方法を使用して基板に形成
されたマークを検出することにより、マークの位置を精
度良く検出することができるので、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。

【０１８４】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の第１又は第２のマーク検出装置によって基板に形成さ
れた位置合わせマークを検出することにより、マークの
位置を精度良く検出することができるので、精度を向上
して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。

【０１８５】また、本発明のデバイスによれば、精度良
くパターンが転写されているので、高集積かつ高性能の
デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】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３】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４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）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５】図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、第１の実施形態に
おけるサーチ・アライメントマークの撮像結果を説明す
るための図である。

【図６】図３のサーチ・アライメントマーク検出サブル
ーチンにおける処理のフローチャートである。

【図７】図６の比較サブルイーチンにおける処理のフロ
ーチャートである。

【図８】第２実施形態の抽出装置の概略構成を示す図で
ある。

【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、第１の実施形態に
おいて観察される波形の概要を説明するための図であ
る。

【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、第１の実施
形態におけるサーチ・アライメントマークの撮像結果を
説明するための図である。

【図１１】第２実施形態における候補パターン抽出処理
の手順を示すフローチャートである。

【図１２】候補パターン抽出用領域を説明するための図
である。

【図１３】図１１の候補パターン検出サブルーチンにお
ける処理のフローチャートである。

【図１４】図１に示された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１５】図１４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。

【符号の説明】

１９…ステージ制御系（制御装置の一部）、２０…主制
御系（制御装置の一部）、３１…抽出装置、３２…特徴
量算出装置（第１演算装置）、３３…特定量算出装置
（第２演算装置）、３４…判別・処理装置（判別装置、
処理装置）、３８…撮像データ収集装置（観察装置の一
部）、７１…第１特徴量演算装置、７２…第１判定装
置、７３…第２特徴量演算装置、７４…第２判定装置、
ＡＳ…アライメント顕微鏡（撮像装置、観察装置の一
部）、Ｒ…レチクル（マスク）、ＲＳＴ…レチクルステ
ージ（マスクステージ装置）、Ｗ…ウエハ（基板、物
体）、ＷＳＴ…ウエハステージ（基板ステージ装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA03 AA07 AA22 AA54 BB27 CC18 CC19 CC20 DD04 DD06 FF04 FF55 GG04 HH03 HH05 HH13 HH16 LL10 LL13 LL20 LL25 MM03 MM04 PP12 PP22 PP23 PP24 QQ26 QQ28 UU05 UU09 5F046 BA05 CC01 CC02 CC03 CC16 CC18 DA06 DA08 DA13 DB05 DC10 EA03 EA09 EB01 EB02 EB03 ED02 FA10 FA17 FA20 FB10 FB19 FC04 FC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体に形成されたマークを検出するマー
ク検出方法であって、前記マークの形成領域を含む前記物体の領域を観察する
第１工程と；前記第１工程で得られた観察信号から、前
記マークを反映したマーク信号パターンであると推定さ
れる候補パターンを抽出し、前記候補パターンそれぞれ
について、前記マークの少なくとも１つの特徴ごとに、
前記特徴に応じた特徴量を求める第２工程と；前記候補
パターンが複数抽出されたとき、前記特徴ごとに、比較
対象となる２つの前記候補パターン間における前記特徴
量の差を反映し、無次元化及び規格化された特定量を求
める第３工程と；を含むマーク検出方法。
【請求項２】前記特定量が、所定の条件を満たすか否
かを判別する第４工程を更に含むことを特徴とする請求
項１に記載のマーク検出方法。
【請求項３】前記所定の条件は、前記特定量の絶対値
が所定値以上であることであることを特徴とする請求項
２に記載のマーク検出方法。
【請求項４】前記第４工程の判別結果に基づいて、前
記複数の候補パターンの中から前記マーク信号パターン
を特定する第５工程を更に含むことを特徴とする請求項
２又は３に記載のマーク検出方法。
【請求項５】前記特徴量の種類は１つであり、前記第５工程では、前記複数の候補パターンの内の２つ
の候補パターン間における前記特徴量の比較にあたっ
て、前記特定量が前記所定の条件を満たす場合に、前記
特徴量の大小に応じて、前記２つの候補パターンの一方
をマーク信号パターンの候補から除外していき、最終的
に残った特定候補パターンを前記マーク信号パターンと
して特定するとともに、前記特定候補パターンが存在し
ない場合には、マーク検出ができなかったと判定するこ
とを特徴とする請求項４に記載のマーク検出方法。
【請求項６】前記特徴量の種類は複数であり、前記第５工程では、前記複数の候補パターンの内の２つ
の候補パターン間における前記特徴量の比較にあたっ
て、前記各特徴量ごとの特定量の中から前記所定の条件
を満たすとともに絶対値が最大のものに着目し、着目し
た前記特定量に応じた前記特徴量の大小によって、前記
２つの候補パターンの一方をマーク信号パターンの候補
から除外していき、最終的に残った特定候補パターンを
前記マーク信号パターンとして特定するとともに、前記
特定候補パターンが存在しない場合には、マーク検出が
できなかったと判定することを特徴とする請求項４に記
載のマーク検出方法。
【請求項７】前記特徴量の種類は、複数であるととも
に、判定の優先度に応じてグループ化されており、前記第５工程では、前記複数の候補パターンの内の２つ
の候補パターン間における前記特徴量の比較にあたっ
て、優先度の最も高いグループから優先度の順に前記グ
ループの１つを選択しつつ、前記選択されたグループそ
れぞれに属する特徴量について、前記各特徴量ごとの特
定量の中から前記所定の条件を満たすとともに絶対値が
最大のものに着目し、着目した前記特定量に応じた前記
特徴量の大小によって、前記２つの候補パターンの一方
をマーク信号パターンの候補から除外していき、最終的
に残った特定候補パターンを前記マーク信号パターンと
して特定するとともに、前記特定候補パターンが存在し
ない場合には、マーク検出ができなかったと判定するこ
とを特徴とする請求項４に記載のマーク検出方法。
【請求項８】前記各候補信号パターンは、前記観察信
号における前記マークのエッジの候補波形を含む信号パ
ターンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
一項に記載のマーク検出方法。
【請求項９】前記特定量は、比較対象となる２つの前
記特徴量の差を、前記全ての候補信号パターンから選択
された候補信号パターンそれぞれに応じた前記２つの特
徴量と同一種類の特徴量の線形結合によって除算したも
のであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項
に記載のマーク検出方法。
【請求項１０】前記特定量は、比較対象となる２つの
前記特徴量の差を、前記２つの特徴量の和によって除算
したものであることを特徴とする請求項９に記載のマー
ク検出方法。
【請求項１１】前記特定量は、比較対象となる２つの
前記特徴量に関する標準偏差を、前記２つの特徴量の平
均値によって除算したものであることを特徴とする請求
項１〜８のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１２】前記特定量は、比較対象となる２つの
前記特徴量に関する分散を、前記２つの特徴量の平均値
の自乗によって除算したものであることを特徴とする請
求項１〜８のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１３】物体に形成されたマークを検出するマ
ーク検出方法であって、前記マークを観察する第１工程と；前記マークを反映し
た信号パターンを含むことが期待される第１領域内の観
察波形に関する第１の信号パターン特徴量と、前記マー
クを反映した信号パターンを含まないことが期待される
第２領域内の観察波形に関する第２の信号パターン特徴
量を求める第２工程と；前記第１の信号パターン特徴量
と前記第２の信号パターン特徴量との関係に基づいて、
前記第１領域内に前記マークを反映した信号パターンが
有意に含まれる可能性があるか否かを判定する第３工程
と；を含むマーク検出方法。
【請求項１４】前記第２工程では、前記第１領域と前
記第２領域との位置関係を維持しつつ前記第１領域及び
前記第２領域によって観察波形を走査し、走査位置に応
じて、前記第１領域及び前記第２領域の前記第１の信号
パターン特徴量及び前記第２の信号パターン特徴量を求
めることを特徴とする請求項１３に記載のマーク検出方
法。
【請求項１５】前記第１領域と前記第２領域との位置
関係は、前記マークの設計情報に基づいて定められるこ
とを特徴とする請求項１３又は１４に記載のマーク検出
方法。
【請求項１６】前記第１の信号パターン特徴量は、前
記第１領域内の前記観察波形の微分波形における第１の
所定数番目の高さとなるピーク高の絶対値であり、前記第２の信号パターン特徴量は、前記第２領域内の前
記観察波形の微分波形における最大ピーク高の絶対値で
あることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項
に記載のマーク検出方法。
【請求項１７】前記第１の所定数番目は、高い順で、
２番目及び４番目のいずれかであることを特徴とする請
求項１６に記載のマーク検出方法。
【請求項１８】前記第１の信号パターン特徴量と前記
第２の信号パターン特徴量との関係は、前記第１の信号
パターン特徴量と前記第２の信号パターン特徴量との比
であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一
項に記載のマーク検出方法。
【請求項１９】前記第３工程において前記第１領域内
に前記マークを反映した信号パターンが含まれると判定
された場合に、前記第１領域内の信号観察波形における
信号波形と推定される成分に関する第３の信号パターン
特徴量を求める第４工程と；前記第１の信号パターン特
徴量と前記第３の信号パターン特徴量との関係に基づい
て、前記第１領域内に前記マークを反映した信号パター
ンが有意に含まれる可能性があるか否かを判定する第５
工程と；を更に含む請求項１３〜１８のいずれか一項に
記載のマーク検出方法。
【請求項２０】前記第１の信号パターン特徴量は、前
記第１領域内の前記観察波形の微分波形における第１の
所定数番目の高さとなるピーク高の絶対値であり、前記第３の信号パターン特徴量は、前記第１領域内の前
記観察波形の微分波形における第２の所定数番目の高さ
となるピーク高の絶対値であることを特徴とする請求項
１９に記載のマーク検出方法。
【請求項２１】前記第１の所定数番目は、高い順で、
２番目及び４番目のいずれかであり、前記第２の所定数番目は、高い順で、５番目であること
を特徴とする請求項２０に記載のマーク検出方法。
【請求項２２】物体に形成されたマークを検出するマ
ーク検出装置であって、前記マークを含む前記物体の領域を観察する観察装置
と；前記観察装置によって得られた観察信号から、前記
マークを反映したマーク信号パターンであると推定され
る候補パターンを抽出する抽出装置と；前記候補パター
ンそれぞれについて、前記マークの少なくとも１つの特
徴ごとに、前記特徴に応じた特徴量を求める第１演算装
置と；前記候補パターンが複数抽出されたとき、前記特
徴ごとに、比較対象となる２つの前記候補パターン間に
おける前記特徴量の差を反映し、無次元化及び規格化さ
れた特定量を求める第２演算装置とを備えるマーク検出
装置。
【請求項２３】前記特定量が、所定の条件を満たすか
否かを判別する判別装置を更に備えることを特徴とする
請求項２２に記載のマーク検出装置。
【請求項２４】前記判別装置による判別結果に基づい
て、前記複数の候補パターンの中から前記マーク信号パ
ターンを特定する処理装置を更に備えることを特徴とす
る請求項２３に記載のマーク検出装置。
【請求項２５】物体に形成されたマークを検出するマ
ーク検出装置であって、前記マークの形成領域を含む前記物体の領域を観察する
観察装置と；前記マークを反映した信号パターンを含む
ことが期待される第１領域内の観察波形に関する第１の
信号パターン特徴量と、前記マークを反映した信号パタ
ーンを含まないことが期待される第２領域内の観察波形
に関する第２の信号パターン特徴量を求める第１特徴量
演算装置と；前記第１の信号パターン特徴量と前記第２
の信号パターン特徴量との関係に基づいて、前記第１領
域内に前記マークを反映した信号パターンが有意に含ま
れる可能性があるか否かを判定する第１判定装置と；を
備えるマーク検出装置。
【請求項２６】前記第１判定装置によって前記第１領
域内に前記マークを反映した信号パターンが含まれると
判定された場合に、前記第１領域内の信号観察波形にお
ける信号波形と推定される成分に関する第３の信号パタ
ーン特徴量を求める第２特徴量演算装置と；前記第１の
信号パターン特徴量と前記第３の信号パターン特徴量と
の関係に基づいて、前記第１領域内に前記マークを反映
した信号パターンが有意に含まれる可能性があるか否か
を判定する第２判定装置と；を更に備えることを特徴と
する請求項２５に記載のマーク検出装置。
【請求項２７】前記観察装置は、前記マークを撮像す
る撮像装置を有し、前記観察信号は、前記撮像装置によって撮像されたマー
ク像における光強度の位置変化に関する信号であること
を特徴とする請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の
マーク検出装置。
【請求項２８】所定のパターンを基板上の区画領域に
転写する露光方法であって、前記基板をマークが形成された物体とし、前記基板に形
成されたマークを、請求項１〜２１のいずれか一項に記
載のマーク検出方法によって検出して前記マークの位置
を求め、前記マークの位置に基づいて前記基板の露光領
域の位置を検出する位置検出工程と；前記位置検出工程
において求められた前記物体の露光領域の位置に基づい
て、前記物体の位置合わせを行いつつ、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２９】所定のパターンを基板に転写する露光
装置であって、前記基板を保持して移動させる基板ステージ装置と；前
記基板をマークが形成された物体とし、前記基板に形成
されたマークを検出する請求項２２〜２７のいずれか一
項に記載のマーク検出装置と；前記マーク検出装置によ
って検出された前記マークの位置を求め、前記マークの
位置に基づいて前記基板を位置合わせする制御装置とを
備える露光装置。
【請求項３０】請求項２９に記載の露光装置を用いて
製造されたデバイス。