JP2001267216A

JP2001267216A - 位置検出方法、位置検出装置、露光方法、及び露光装置

Info

Publication number: JP2001267216A
Application number: JP2000075050A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshida; 幸司吉田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-28
Also published as: US20010024278A1

Abstract

(57)【要約】【課題】物体に形成されたマークの位置を精度良くか
つ迅速に検出する。【解決手段】ステップ２０２における観察装置による
マークの観察によって得られた観察結果について、ステ
ップ２０３において、抽出装置が、当該観察結果と所定
のテンプレートとの相関係数の分布が単峰となる、観察
結果と所定のテンプレートとの相対位置の定義域領域を
抽出する。そして、ステップ２０４において、探索装置
が、抽出された定義域領域内において観察結果と所定の
テンプレートとの相関係数が最大となる観察結果と所定
のテンプレートとの位置関係を山登り法によって求め、
求められた位置関係に基づいて、位置算出装置が、マー
クの位置を求める。この結果、迅速かつ精度良くマーク
の位置を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法、位
置検出装置、露光方法、及び露光装置に係り、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位置検
出方法及び位置検出装置、前記位置検出方法を使用する
露光方法、並びに前記位置検出装置を備える露光装置に
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。

【０００３】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。このアライメントを行うため
に、ウエハ上には以前のフォトリソグラフィ工程で形成
（露光転写）された位置検出用マーク（アライメントマ
ーク）が、各ショット領域に付設されており、このアラ
イメントマークの位置を検出することで、ウエハ（又は
ウエハ上の回路パターン）の位置を検出することができ
る。そして、ウエハ（又はウエハ上の回路パターン）の
位置の検出結果に基づいて、アライメントが行われる。

【０００４】このため、アライメントの精度は、アライ
メントマークの位置検出精度によって決まることにな
る。したがって、アライメントを高精度に行うために
は、アライメントマークの位置検出を高精度に行うこと
が必要となる。

【０００５】ところで、ウエハ上のアライメントマーク
の位置検出にはいくつかの方法が実用化されているが、
いずれの方法においても位置検出用の検出器によって得
られたアライメントマークの検出結果信号の波形を解析
して、ウエハ上のアライメントマークの位置を検出して
いる。例えば、最近の主流となっている画像検出による
位置検出では、アライメントマークの光学像を撮像装置
によって撮像し、その撮像信号すなわちその像の光強度
分布を解析してアライメントマーク位置を検出してい
る。

【０００６】かかる信号波形の解析の手法として、撮像
されたアライメントマークの位置をパラメータとし、予
め用意されたテンプレート波形との相関を調べるパター
ンマッチング（テンプレートマッチング）の手法が注目
されている。このパターンマッチングの手法を使用して
信号波形を解析し、最もテンプレート波形との相関が高
いパラメータ値を求めることにより、アライメントマー
クの位置が検出される。

【０００７】こうしたテンプレートマッチングにあたっ
ては、撮像結果のどこにマーク像が存在するかが一般に
は未知であるため、撮像結果の全範囲にわたって、所望
の位置検出精度のピッチでテンプレート波形と撮像結果
から得られる信号波形とを相対移動させつつ相関係数を
算出し、前記の位置検出精度で相関係数が最大となる位
置をアライメントマークの位置として検出するスキャン
探索法が使用されてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来のアライメ
ントマークの位置検出方法では、アライメントマークの
撮像を、該アライメントマークを一部に含む範囲につい
て行っている。ここで、アライメントマークの位置検出
のために必要な特徴とは、例えばＸ位置検出用のアライ
メントマークが、Ｙ方向に延びるラインパターンとスペ
ースパターンとが交互にＸ方向に並ぶラインアンドスペ
ースマークである場合には、Ｘ方向に関するラインパタ
ーンの配列状態である。したがって、Ｘ位置検出用のラ
インアンドスペースマークの撮像範囲は、Ｙ方向につい
ては、ラインアンドスペースマークのＹ方向幅よりも小
さい幅であってもよいが、Ｘ方向については、撮像位置
を決める事前測定の精度にもよるが、ラインアンドスペ
ースマークのＸ方向幅よりもかなり大きい幅に設定され
ている。すなわち、Ｘ位置検出用のラインアンドスペー
スマークの撮像結果は、Ｘ方向について、ラインアンド
スペースマーク領域以外の領域を広く含んだものとなっ
ている。

【０００９】一方、撮像範囲のどのＸ位置にＸ位置検出
用のラインアンドスペースマークが位置するかは事前に
分かっていないので、パターンマッチングは撮像範囲の
Ｘ方向に関する全範囲に渡って行われていた。このＸ方
向に関する撮像範囲の幅をＰ（例えば、５００）ピクセ
ルとし、所望の位置検出精度を１／Ｑ（例えば、１／１
００）ピクセルとすると、パターンマッチングにあたっ
てＰ・Ｑ（例えば、５×１０⁴）回の正規化相関係数の
算出が必要であった。このため、パターンマッチングの
ための演算量が膨大となり、位置検出に長い時間を要し
ていた。

【００１０】また、従来のテンプレートマッチングを使
用する位置検出方法では、位置検出精度をＫ倍にするた
めには、位置検出のスループットを１／Ｋに低下させる
ことになるため、位置検出精度の向上と位置検出スルー
プットの低下の抑制との両立が困難であった。したがっ
て、露光装置のように、精度とスループットとの双方が
重要視される分野においては、利用し難い技術であっ
た。

【００１１】こうした事情は、上記のＸ位置検出用のラ
インアンドスペースマークの場合に限らず、Ｙ位置検出
用のラインアンドスペースマークも同様であり、さらに
は、他の種類の位置検出用マークを採用した場合にも同
様であった。

【００１２】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、迅速かつ精度良くマーク
位置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。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、迅速に高精
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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出方法
は、物体（Ｗ）に形成されたマーク（ＭＸ，ＭＹ）の位
置を検出する位置検出方法であって、前記マークを観察
する第１工程と；前記第１工程における観察結果から、
前記マークを反映した観察結果を含み、前記観察結果と
所定のテンプレートとのテンプレートマッチングによっ
て得られる相関係数が単峰性の分布となる定義域領域を
抽出する第２工程と；前記定義域領域において前記相関
係数が最大となる前記観察結果と前記所定のテンプレー
トとの位置関係を、山登り法によって求める第３工程
と；前記第３工程によって求められた位置関係に基づい
て前記マークの位置を検出する第４工程とを含む位置検
出方法である。

【００１５】これによれば、第１工程におけるマークを
観察して得られた観察結果について、第２工程におい
て、当該観察結果と所定のテンプレートとの相関係数の
分布が単峰となる（すなわち、局所的最適解が大域的最
適解となる）観察結果と所定のテンプレートとの相対位
置の定義域領域を抽出する。引き続き、第３工程におい
て、抽出された定義域領域内において観察結果と所定の
テンプレートとの相関係数が最大となる観察結果と所定
のテンプレートとの位置関係を山登り法によって求め、
求められた位置関係に基づいて、第４工程において、マ
ークの位置を検出する。こうした位置検出処理では、第
３工程における山登り法による最大相関係数位置関係の
探索にあたり、例えば、定義域の幅がＰ’ピクセルで、
所望の位置検出精度が１／Ｑピクセルの場合に、相関係
数の算出回数が、最小でｌｏｇ₂（Ｐ’・Ｑ）程度、最
大でも（Ｐ’・Ｑ）回となる。したがって、従来よりも
大幅に相関係数の算出回数を低減できるので、迅速かつ
精度良くマークの位置を検出することができる。

【００１６】本発明の位置検出方法では、前記マーク
が、所定方向における前記マークの形成領域の外側に、
表面状態が他の領域と比べて特徴を有するマーク外領域
を有し、前記第２工程では、前記マーク外領域に対応す
る大きさの窓（ＷＩＮ１，ＷＩＮ２）を走査し、前記窓
の位置に応じて、前記窓内の観察結果から前記マーク外
領域における表面状態の特徴に応じた特徴量を求め、該
特徴量の前記窓の位置に応じた変化に基づいて、前記定
義域領域を抽出することができる。

【００１７】かかる場合には、前記第２工程では、前記
マーク外領域に対応する大きさの窓を走査し、前記窓の
位置に応じて、前記窓内の観測結果から前記マーク外領
域における表面状態の特徴に応じた特徴量を求め、該特
徴量の前記窓の位置に応じた変化に基づいて、前記マー
クを反映した観測結果を有する領域（マーク信号領域）
を定義域領域として抽出することができる。例えば、上
記のマーク外領域がパターン禁止帯の場合には、パター
ン禁止帯の所定方向に関する幅に対応する大きさの窓を
設定し、該窓を所定方向に沿って走査しつつ、窓内にお
ける観察結果に基づいて、パターン禁止帯の特徴が最も
顕著となる窓の走査位置を求めることにより、観察領域
内において定義域領域を抽出することができる。

【００１８】また、本発明の位置検出方法では、前記マ
ークが、所定方向における前記マークの形成領域の内側
に、表面状態が他の領域と比べて特徴を有するマーク内
領域を有し、前記第２工程では、前記マーク内領域に対
応する大きさの窓（ＷＩＮ）を走査し、前記窓の位置に
応じて、前記窓内の観察結果から前記マーク内領域にお
ける表面状態の特徴に応じた特徴量を求め、該特徴量の
前記窓の位置に応じた変化に基づいて、前記定義域領域
を抽出することができる。

【００１９】かかる場合には、前記第２工程では、前記
マーク内領域に対応する大きさの窓を走査し、前記窓の
位置に応じて、前記窓内の計測結果から前記マーク内領
域における表面状態の特徴に応じた特徴量を求め、該特
徴量の前記窓の位置に応じた変化に基づいて、前記マー
クを反映した計測結果を有する領域を抽出することがで
きる。例えば、上記のマーク形成領域の全範囲にわたっ
て表面状態が、所定方向に沿って激しく変化する場合に
は、マーク信号領域の所定方向に関する幅に対応する大
きさの窓を設定し、該窓を所定方向に沿って走査しつ
つ、窓内における計測結果に基づいて、窓内の計測結果
の変化の激しさが極大（又は最大）となる窓の走査位置
を求めることにより、観察領域内において定義域領域を
抽出することができる。

【００２０】上記の窓の走査により定義域領域を抽出す
る本発明の位置検出方法では、前記特徴量を、前記窓内
の観察結果の平均値及び分散の少なくとも一方とするこ
とができる。例えば、上述のパターン禁止帯が存在する
場合には、パターン禁止帯を反映した信号領域では、計
測信号の値はほぼ一定値となる。かかる場合において、
パターン禁止帯を反映した計測信号の値が、他の領域と
比べて平均的に大きい又は小さいという特徴を有する場
合には、窓内の計測結果の値の平均値に注目することに
より、パターン禁止帯領域を抽出することができ、ひい
てはマーク形成領域を抽出することができる。また、パ
ターン禁止帯を反映した計測信号がほぼ一定値となるこ
とより、パターンが形成されている他の領域を窓内に含
む場合よりも、窓内にパターン禁止帯を反映した計測領
域のみを含む場合の方が計測信号の値の分散は小さくな
る。したがって、窓内の計測結果の値の分散に注目する
ことにより、パターン禁止帯を抽出することができ、ひ
いては定義域領域を抽出することができる。

【００２１】また、本発明の位置検出方法では、前記山
登り法を、評価関数を前記相関係数とするシンプレック
ス法とすることができる。かかる場合には、シンプレッ
クス法という一般的かつ簡易な方法によって相関係数が
最大となるマークの観察結果と所定のテンプレートとの
位置関係を求めることができる。

【００２２】本発明の位置検出装置は、物体（Ｗ）に形
成されたマーク（ＭＸ，ＭＹ）の位置を検出する位置検
出装置であって、前記マークを観察する観察装置（Ａ
Ｓ）と；前記観察装置による観察結果から、前記マーク
を反映した観察結果を含み、前記観察結果と所定のテン
プレートとのテンプレートマッチングによって得られる
相関係数が単峰性の分布となる定義域領域を抽出する抽
出装置（３２）と；前記定義域領域において前記相関係
数が最大となる前記撮像結果と前記所定のテンプレート
との位置関係を、山登り法によって求める探索装置（３
３）と；前記第３工程によって求められた位置関係に基
づいて前記マークの位置を算出する位置算出装置（３
４）とを備える位置検出装置である。

【００２３】これによれば、観察装置によるマークの観
察によって得られた観察結果について、抽出装置が、当
該観察結果と所定のテンプレートとの相関係数の分布が
単峰となる、観察結果と所定のテンプレートとの相対位
置の定義域領域を抽出する。そして、探索装置が、抽出
された定義域領域内において観察結果と所定のテンプレ
ートとの相関係数が最大となる観察結果と所定のテンプ
レートとの位置関係を山登り法によって求め、求められ
た位置関係に基づいて、位置算出装置が、マークの位置
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マークの位置を検出するの
で、迅速かつ精度良くマークの位置を検出することがで
きる。

【００２４】本発明の位置検出装置では、例えば、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（ＡＳ）を有し、前記観察結果が前記撮像装置に
よって撮像されたマーク像における光強度である構成と
することができる。

【００２５】また、本発明の位置検出装置では、前記抽
出装置が、前記物体上における表面状態が他の領域と異
なる特徴を有する特定領域に対応する大きさの窓（ＷＩ
Ｎ１，ＷＩＮ２，ＷＩＮ）を走査し、前記窓の位置に応
じて、前記窓内の観測結果から前記特定領域における表
面状態の特徴に応じた特徴量を求め、該特徴量の前記窓
の位置に応じた変化に基づいて、前記マークを反映した
観測結果を有する領域を抽出する構成とすることができ
る。かかる場合には、抽出装置が、所定の大きさの窓を
走査しつつ、窓内の特徴量を算出し、窓の位置に応じた
特徴量の分布を求める。そして特徴が最も顕著な値とな
る窓位置を求めることにより、相関係数の単峰性が保証
された定義域領域を抽出する。したがって、相関係数が
最大となるマークの観察結果とテンプレートとの相対位
置関係を迅速に抽出することができ、ひいては、迅速か
つ精度良くマークの位置を検出することができる。

【００２６】ここで、前記表面状態には、前記物体の表
面からの光の状態が含まれる。すなわち、表面状態に
は、表面における凹凸等の形状のみならず、表面におけ
る反射率分布等も含まれている。また、透明な表面層の
内部にある凹凸状態や反射率分布等も含まれる。さら
に、透過型マークの場合における透過率分布等も含まれ
る。

【００２７】本発明の露光方法は、所定のパターンを基
板（Ｗ）上の複数の区画領域（ＳＡ）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
（ＭＸ，ＭＹ）の位置を本発明の位置検出方法によって
検出して、前記区画領域の位置に関する所定数のパラメ
ータを求め、前記基板上における前記区画領域の配列情
報を算出する配列算出工程と；前記配列算出工程におい
て求められた前記区画領域の配列情報に基づいて、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。

【００２８】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精度良く検出し、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、迅速かつ精度良く、所定
のパターンを区画領域に転写することができる。

【００２９】本発明の露光装置は、所定のパターンを基
板（Ｗ）上の区画領域（ＳＡ）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（ＷＳＴ）と；前記ステージ装置に搭載された前記基
板上のマーク（ＭＸ，ＭＹ）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、迅速かつ精度良く、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。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１〜図１２を参照して説明する。

【００３１】図１には、本発明の一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１
００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ＲＳ
Ｔ、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ＷＳ
Ｔ、観察装置（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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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、ベースＢＳ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。

【００３７】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。

【００３８】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に送られ、ステージ
制御系１９はこの位置情報（又は速度情報）ＷＰＶに基
づいてウエハステージＷＳＴを制御する。

【００３９】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上の各ショット領域に付設されたアライメント
マーク（ウエハマーク）の撮像結果を出力する。

【００４０】アライメントマークとしては、例えば、図
２（Ａ）に示されるようなウエハＷ上のショット領域Ｓ
Ａの周囲のストリートライン上に形成された、位置合わ
せマークとしてのＸ方向位置検出用のマークＭＸとＹ方
向位置検出用のマークＭＹとが使用される。各マークＭ
Ｘ，ＭＹとしては、例えば、図２（Ｂ）において拡大さ
れた平面視のマークＭＸで代表して示されるように、検
出方向について周期構造を有し、検出方向についてＬＭ
Ｘ（マークＭＹの場合にはＬＭＹ）の幅を有するライン
アンドスペースマークを使用することができる。なお、
図２（Ｂ）においては、ラインが５本のラインアンドス
ペースマークが示されているが、マークＭＸ（又はマー
クＭＹ）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、５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、以下の説明におい
ては、マークＭＸ及びマークＭＹの個々を示す場合に
は、対応するショット領域ＳＡの配列位置に応じてマー
クＭＸ（ｉ，ｊ）及びマークＭＹ（ｉ，ｊ）と記すもの
とする。

【００４１】上記のようなマークＭＸは、図３（Ａ）に
示されるマーク形成領域ＭＸＡ内に形成されているが、
その周囲には、図３（Ａ）に示されるように、マークＭ
Ｘのパターンが他のパターンから識別可能なように、パ
ターン禁止領域ＩＸＡが設けられている。ここで、パタ
ーン禁止領域ＩＸＡは、図３（Ａ）に示されるように、
マーク形成領域ＭＸＡの紙面左側にＸ方向の幅ＩＭＸ１
を有するとともに、マーク形成領域ＭＸＡの紙面右側に
Ｘ方向の幅ＩＭＸ２を有している。ここで、幅ＩＭＸ１
及び幅ＩＭＸ２はマークの設計時に定まるものであり、
マークＭＸにおけるライン幅やスペース幅よりも十分に
大きな既知の値である。

【００４２】そして、アライメント顕微鏡ＡＳは、マー
クＭＸを、Ｘ方向についてマーク形成領域ＭＸＡ及びパ
ターン禁止領域ＩＸＡを含み、Ｘ方向の幅がＬＸである
計測領域としての視野領域ＶＸＡ内の像として観察す
る。ここで、図３（Ａ）では、紙面左側におけるパター
ン禁止領域ＩＸＡの外側の視野領域ＶＸＡの幅をＥＭＸ
１と表し、紙面右側におけるパターン禁止領域ＩＸＡの
外側の視野領域ＶＸＡの幅をＥＭＸ２と表している。な
お、幅ＥＭＸ１及び幅ＥＭＸ２は、マークＭＸの観察の
都度変化するものであり、マークＭＸの観察時には未知
の値である。

【００４３】なお、図３（Ａ）においては、視野領域Ｖ
ＸＡのＹ方向幅がマーク形成領域ＭＸＡのＹ方向幅内に
含まれる例が示されているが、視野領域ＶＸＡのＹ方向
に関する中心部領域がマーク形成領域ＭＸＡのＹ方向幅
内に含まれていればよい。

【００４４】また、本実施形態では、ウエハＷにおける
マークＭＸ，ＭＹは、図３（Ｂ）において代表してマー
クＭＸについてＸＺ断面で示されるように、基層５１の
表面にラインパターンが形成されたライン部５３とパタ
ーンが形成されていないスペース部５５とがＸ方向に交
互に形成されており、ライン部５３及びスペース部５５
の表面にレジスト層ＰＲが形成されている。レジスト層
ＰＲの材質は、例えば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
パターンの材質とは互いに異なっており、基層５１の材
質の方が、ラインパターンの材質よりも高い反射率を有
するものを使用している。

【００４５】また、パターン禁止領域ＩＸＡでは、スペ
ース部５５と同様に、基層５１の表面にレジスト層ＰＲ
が形成されている。また、パターン禁止領域ＩＸＡの外
側の領域の状態は、所定の状態となっている。

【００４６】また、ラインパターンのＸＺ断面は、図３
（Ｂ）に示されるように、完全な矩形ではなく台形状と
なっている。さらに、レジスト層ＰＲは、スピンコート
によって塗布されており、このため、基層５１に対して
凸パターン（ラインパターン）のあるマーク形成領域Ｍ
ＸＡにおけるレジスト層ＰＲの表面は、パターン禁止領
域ＩＸＡにおけるレジスト層ＰＲの表面から台形状に盛
りあがったものとなっている。

【００４７】かかる構造を有するマークＭＸを視野領域
ＶＸＡについて撮像すると、撮像結果における光強度の
Ｘ方向の分布は、図３（Ｃ）に示されるようになる。す
なわち、マーク形成領域ＭＸＡに応じた領域では、マー
ク部とスペース部との境界で信号強度Ｉが極小となり、
また、マーク部５３及びスペース部５５それぞれのＸ方
向に関する中心部で信号強度Ｉが極大となる。また、マ
ーク形成領域ＭＸＡとパターン禁止領域ＩＸＡとの境界
では、マーク形成領域ＭＸＡがライン部５５であるた
め、信号強度Ｉは極小となる。そして、Ｘ位置がマーク
形成領域ＭＸＡとパターン禁止領域ＩＸＡとの境界から
遠ざかるにつれて信号強度Ｉが増加し、ある程度以上遠
ざかると信号強度Ｉはほぼ一定値（ほぼ最大値）とな
る。さらに、Ｘ位置がマーク形成領域ＭＸＡとパターン
禁止領域ＩＸＡとの境界から遠ざかり、パターン禁止領
域ＩＸＡの外縁付近では、例えばパターン禁止領域ＩＸ
Ａの外側にラインパターンが形成されていると、信号強
度Ｉは減少し始める。

【００４８】すなわち、パターン禁止領域ＩＸＡにはパ
ターンが形成されていないので、理想的にはパターン禁
止領域ＩＸＡの全域にわたって信号強度Ｉがほぼ同一値
となるはずであるが、パターンの形状やレジスト層ＰＲ
が一様ではないので、パターンが形成されていないとい
う表面状態が連続しているというパターン禁止領域の特
徴に応じた信号強度Ｉが一定となる範囲の幅ＩＳＸ１，
ＩＳＸ２は、設計上のパターン禁止領域の幅ＩＭＸ１，
ＩＭＸ２よりも狭いものとなっている。なお、幅ＩＭＸ
１，ＩＭＸ２と幅ＩＳＸ１，ＩＳＸ２との差に関する情
報は、マークＭＸの形成プロセス、レジスト層ＰＲの形
成プロセス、パターン禁止帯ＩＸＡの外側のパターン状
況によって異なるものであるが、設計情報又は事前測定
により予め求められているものとする。すなわち、マー
ク形成領域ＭＸＡの表面状態を反映した信号領域（以
下、「マーク信号領域」という）のＸ方向に関する幅Ｌ
ＳＸ、パターン禁止領域ＩＸＡの表面状態を反映した信
号領域（以下、「禁止帯信号領域」という）のＸ方向に
関する幅ＩＳＸ１，ＩＳＸ２は既知であるものとする。

【００４９】したがって、視野領域ＶＸＡにおけるマー
ク信号領域の抽出にあたっての未知数は、図３（Ｃ）中
の幅ＥＳＸ１又は幅ＥＳＸ２である。

【００５０】なお、マークＭＹについても、マークＭＸ
の場合と同様のパターン禁止領域が設けられており、ま
た、マークＭＸの場合と同様に観察される。

【００５１】アライメント顕微鏡ＡＳは、その撮像結果
である視野領域ＶＸＡ内に関する撮像データＩＭＤを主
制御系２０へ向けて出力する（図１参照）。

【００５２】前記主制御系２０は、図４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、撮像データ収集装置３１と、該
撮像データ収集装置３１によって収集された撮像データ
に基づいて、撮像された各アライメントマークＭＸ，Ｍ
Ｙの形成領域を抽出する抽出装置３２とを備えている。
さらに、主制御装置３０は、抽出装置３２によって抽出
された各アライメントマークＭＸ，ＭＹの形成領域を定
義域として、定義域内の信号波形とテンプレート波形と
の相関係数が最大となるテンプレート波形の位置（以
下、「最大相関位置」という）を求める探索装置３３
と、該探索装置３３によって求められた最大相関位置を
使用して、各アライメントマークＭＸ，ＭＹの位置を算
出する位置算出装置３４と、該位置算出装置３４によっ
て算出された各アライメントマークＭＸ，ＭＹの位置を
使用して、ショット領域ＳＡの配列を一義的に規定する
パラメータ（誤差パラメータ）値を算出する誤差パラメ
ータ値算出装置３５とを備えている。

【００５３】また、記憶装置４０は、その内部に撮像デ
ータ格納領域４１と、領域情報格納領域４２と、最大相
関位置を格納する最大相関位置格納領域４３とを有して
いる。さらに、記憶装置４０は、マーク位置を格納する
マーク位置格納領域４４と、位置パラメータ値を格納す
るパラメータ値格納領域４５と、テンプレート波形を格
納するテンプレート格納領域４６とを有している。な
お、図４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。

【００５４】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。

【００５５】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
り供給する照射光学系１３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
する受光光学系１４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（１
３、１４）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（１
３、１４）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。

【００５６】以上のように構成された露光装置１００で
は、以下のようにしてウエハＷ上におけるショット領域
の配列座標を検出する。なお、ショット領域の配列座標
を検出する前提として、マークＭＸ，ＭＹは、前層まで
のプロセス（例えば、第１層目のプロセス）で既にウエ
ハＷ上に形成されているものとする。また、ウエハＷが
ウエハホルダ２５に不図示のウエハローダによってロー
ドされており、主制御系２０によるステージ制御系１９
を介したウエハＷの移動により、アライメント顕微鏡Ａ
Ｓの観察視野（マークＭＸの場合には前述の視野領域Ｖ
ＸＡ）内に各マークＭＸ，ＭＹを入れることができるよ
うに、粗い精度の位置合わせ（プリアライメント）が既
に行われているものとする。こうした、プリアライメン
トは、ウエハＷの外形の観察や、広い視野でのマークＭ
Ｘ，ＭＹの観察結果及びウエハ干渉計１８からの位置情
報（又は速度情報）に基づいて、主制御系２０（より詳
しくは、制御装置３９）によってステージ制御系１９を
介して行なわれる。さらに、ショット領域の配列座標を
検出するために計測される、設計上一直線上には並ばな
い３個以上のＸ位置検出用マークＭＸ（ｉ_m，ｊ_m）（ｍ
＝１〜Ｍ；Ｍ≧３）、及び設計上一直線上には並ばない
３個以上のＹ位置検出用マークＭＹ（ｉ_n，ｊ_n）（ｎ＝
１〜Ｎ；Ｎ≧３）は既に選択されているものとする。但
し、選択されるマークの総数（＝Ｍ＋Ｎ）は６個よりも
多い個数でなければならない。

【００５７】以下、ウエハＷ上におけるショット領域の
配列座標の検出を、図５に示されるフローチャートに基
づきながら、適宜他の図面を参照しつつ説明する。

【００５８】まず、図５のステップ２０１において、選
択されたマークＭＸ（ｉ_m，ｊ_m），ＭＹ（ｉ_n，ｊ_n）の
内の最初のマーク（Ｘ位置検出用マークＭＸ（ｉ₁，
ｊ₁）とする）をアライメント顕微鏡ＡＳによる撮像位
置となるようにウエハＷを移動する。かかる移動は、主
制御系２０によってステージ制御系１９を介した制御の
下で行われる。

【００５９】引き続き、ステップ２０２において、アラ
イメント顕微鏡ＡＳがマークＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）を撮像す
る。前述した図３におけるマーク形成領域ＭＸＡと視野
領域ＶＸＡとの位置関係でアライメント顕微鏡ＡＳがマ
ークＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）を撮像すると、図６（Ａ）に示さ
れるウエハＷ上の像が視野領域ＶＸＡ内に入る。

【００６０】以上のようにして、アライメント顕微鏡Ａ
Ｓによって撮像された観察視野ＶＸＡ内の撮像データＩ
ＭＤ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。

【００６１】図５に戻り、次に、ステップ２０３におい
て、制御装置３９からの指示に応じて、抽出装置３２
が、撮像データ格納領域４１からマークＭＸ（ｉ₁，
ｊ₁）に関する撮像データを読み出し、該撮像データ及
びウエハ干渉計１８からの位置情報（又は速度情報）Ｗ
ＰＶに基づいて、マークＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）に関するマー
ク形成領域ＭＸＡを抽出する。

【００６２】かかる領域抽出にあたって、抽出装置３２
は、まず、撮像データ格納領域４１からマークＭＸ（ｉ
₁，ｊ₁）に関する撮像データについて、図６（Ａ）に示
されるように、視野領域ＶＸＡのＹ方向に関する中心付
近におけるＸ方向の５０本の走査線ＳＬＮ₁〜ＳＬＮ₅₀
上の信号強度分布（光強度分布）Ｉ₁（Ｘ）〜Ｉ
₅₀（Ｘ）を抽出する。そして、次の（１）式によって、
平均的なＸ方向に関する信号強度分布Ｉ（Ｘ）を信号波
形として求める。以下、信号強度分布Ｉ（Ｘ）を信号波
形Ｉ（Ｘ）と記す。

【００６３】

【数１】

【００６４】こうして求められた信号波形Ｉ（Ｘ）は、
信号強度分布Ｉ₁（Ｘ）〜Ｉ₅₀（Ｘ）の個々に重畳して
いる高周波ノイズが低減されたものとなっている。こう
して求められた信号波形Ｉ（Ｘ）が図６（Ｂ）に示され
ている。

【００６５】次に、抽出装置３２は、図７に概念的に示
されるような、距離ＬＳＸを隔てて、幅ＩＳＸ１の窓Ｗ
ＩＮ１と幅ＩＳＸ２の窓ＷＩＮ２とが形成された１次元
フィルタＦＸ１をソフトウエア上で用意する。１次元フ
ィルタＦＸ１は、窓ＷＩＮ１内及び窓ＷＩＮ２内の情報
のみを拾い上げるフィルタとして機能する。ここで、窓
ＷＩＮ１の−Ｘ方向の端点のＸ位置をＸ_W1と表し、窓Ｗ
ＩＮ２の−Ｘ方向の端点のＸ位置をＸ_W2と表すことにす
る。なお、Ｘ位置Ｘ_W1とＸ位置Ｘ_W2との間には、Ｘ_W2＝Ｘ_W1＋ＩＳＸ１＋ＬＳＸ …（２）という関係があるので、Ｘ位置Ｘ_W1が決まればＸ位置Ｘ
_W2が一義的に決まることになる。そこで、１次元フィル
タＦＸ１の位置というときには、Ｘ位置Ｘ_W1を指すもの
とする。

【００６６】引き続き、１次元フィルタＦＸ１のＸ位置
Ｘ_W1を視野領域ＶＸＡの−Ｘ方向に関する端のＸ位置Ｘ
₀（走査開始Ｘ位置Ｘ_S1）に設定し、１次元フィルタＦ
Ｘ１を信号波形Ｉ（Ｘ）について適用する。この結果、
窓ＷＩＮ１及び窓ＷＩＮ２を介して、信号波形Ｉ（Ｘ）
（Ｘ_S1≦Ｘ≦Ｘ_S1＋ＩＳＸ１，Ｘ_S1＋ＩＳＸ１＋ＬＳＸ
（＝Ｘ_S2）≦Ｘ≦Ｘ_S2＋ＩＳＸ２）が抽出される。そし
て、窓ＷＩＮ１内及び窓ＷＩＮ２内の信号波形Ｉ（Ｘ）
について、次の（３）〜（５）式によって、平均値μＩ
（Ｘ_W1（＝Ｘ_S1））、変動ＳＩ（Ｘ_W1）、及び分散ＶＩ
（Ｘ_W1）を求める。

【００６７】

【数２】

【００６８】

【数３】

【００６９】

【数４】

【００７０】次いで、窓ＷＩＮ２の＋Ｘ方向の端点が視
野領域ＶＸＡの＋Ｘ方向の端点に一致するまで、１次元
フィルタＦＸ１のＸ位置Ｘ_W1を＋Ｘ方向に１画素分ずつ
移動させることにより、１次元フィルタＦＸ１を＋Ｘ方
向に走査しながら、１次元フィルタＦＸ１の各Ｘ位置Ｘ
_W1における窓ＷＩＮ１内及び窓ＷＩＮ２内の信号波形Ｉ
（Ｘ）について、平均値μＩ（Ｘ_W1）、変動ＳＩ
（Ｘ_W1）、及び分散ＶＩ（Ｘ _W1）を算出する。かかる平
均値μＩ（Ｘ_W1）、変動ＳＩ（Ｘ_W1）、及び分散ＶＩ
（Ｘ_W1）の算出にあたって、上記の（３）〜（５）式を
使用することができるのは勿論であるが、平均値μＩ
（Ｘ_W1）、変動ＳＩ（Ｘ_W1）、及び分散ＶＩ（Ｘ_W1）
と、平均値μＩ（Ｘ_W1＋１）、変動ＳＩ（Ｘ_W1＋１）、
及び分散ＶＩ（Ｘ_W1＋１）との間には、次の（６）〜
（８）式で表される関係がある。

【００７１】

【数５】

【００７２】

【数６】

【００７３】

【数７】

【００７４】そこで、本実施形態では、上記の（６）〜
（８）式を使用することにより、（３）〜（５）式を使
用する場合と比べて少ない計算量で、平均値μＩ
（Ｘ_W1）、変動ＳＩ（Ｘ_W1）、及び分散ＶＩ（Ｘ_W1）
（Ｘ_W1＞Ｘ_S1）を算出することにしている。

【００７５】そして、１次元フィルタＦＸ１のＸ位置Ｘ
_W1が、Ｘ_E＝ＬＸ−ＩＳＸ１−ＬＳＸ−ＩＳＸ２ …（９）となり、窓ＷＩＮ２の＋Ｘ方向の端点が視野領域ＶＸＡ
の＋Ｘ方向の端点に一致すると、１次元フィルタＦＸ１
の走査を終了する。

【００７６】こうして得られた１次元フィルタＦＸ１の
各Ｘ位置Ｘ_W1における平均値μＩ（Ｘ_W1）、変動ＳＩ
（Ｘ_W1）、及び分散ＶＩ（Ｘ_W1）（Ｘ_S1≦Ｘ_W1≦Ｘ_E）
の内、分散ＶＩ（Ｘ_W1）のＸ位置Ｘ_W1による変化を見て
みると、図８に示されるようになる。すなわち、１次元
フィルタＦＸ１の走査開始時は、例えば窓ＷＩＮ２内領
域は信号強度Ｉ（Ｘ）の変化が激しいマーク信号領域で
あり、分散ＶＩ（Ｘ_W1）が大きなものとなっているが、
１次元フィルタＦＸ１の走査が進むにつれて窓ＷＩＮ１
内領域及び窓ＷＩＮ２内領域は、信号強度Ｉ（Ｘ）の変
化が緩やかな禁止帯信号領域を含むようになる。そし
て、窓ＷＩＮ１内領域及び窓ＷＩＮ２内領域における禁
止帯信号領域が占める割合が大きくなるにつれて分散Ｖ
Ｉ（Ｘ_W1）は減少していき、窓ＷＩＮ１内領域及び窓Ｗ
ＩＮ２内領域が禁止帯信号領域に一致すると、分散ＶＩ
（Ｘ_W1）は最小値ＶＩ₀となる。さらに１次元フィルタ
ＦＸ１の走査が進むと、窓ＷＩＮ１内領域及び窓ＷＩＮ
２内領域における禁止帯信号領域の占める割合が小さく
なるにつれて、分散ＶＩ（Ｘ_W1）は増加していくことに
なる。

【００７７】これに応じて、抽出装置３２は、算出した
分散ＶＩ（Ｘ_W1）（Ｘ_S1≦Ｘ_W1≦Ｘ _E）から、最小値Ｖ
Ｉ₀となるＸ値Ｘ_W0を検出することにより、視野領域Ｖ
ＡＸ内における禁止帯信号領域の位置、ひいてはマーク
信号領域の位置を抽出する。すなわち、Ｘ値Ｘ_W0と上述
の未知の値ＥＳＸ１との間には、Ｘ_W0＝Ｘ_S1＋ＥＳＸ１＝Ｘ₀＋ＥＳＸ１ …（１０）という関係があるので、抽出装置３２は、（１０）式に
基づいて、値ＥＳＸ１を求める。これにより、マーク信
号領域が、Ｘ位置Ｘ₁（＝ＥＳＸ１＋ＩＳＸ１）とＸ位
置Ｘ₂（＝ＥＳＸ１＋ＩＳＸ１＋ＬＳＸ）との間の領域
であることが分かる。こうして抽出されたマーク信号領
域（Ｘ₁≦Ｘ≦Ｘ₂）は、ラインパターン幅又はスペース
パターン幅よりもずっと小さな位置精度（例えば、ライ
ンパターン幅又はスペースパターン幅の数十分の１の位
置精度）で抽出されている。かかる位置精度（以下、
「領域精度」ともいう）をΔとすると、真のマーク信号
領域の開始Ｘ位置Ｘ₁₀とＸ位置Ｘ₁との間には、Ｘ₁−Δ≦Ｘ₁₀≦Ｘ₁＋Δ …（１１）という関係がある。なお、領域精度Δは、上記の方法に
よるマーク領域の抽出においては、既知の値である。抽
出装置３２は、Ｘ位置Ｘ₁及びＸ位置Ｘ₂、領域精度Δ、
並びに信号強度Ｉ（Ｘ）（Ｘ₁≦Ｘ≦Ｘ₂）を領域情報格
納領域４２に格納する。

【００７８】次いで、抽出装置３２は、 μＩ₀＝μＩ（Ｘ_W0） …（１２） σＩ₀＝｛ＶＩ（Ｘ_W0）｝^1/2 …（１３）を求める。（１２）式で表される値μＩ₀は、理想的に
は一定値の信号強度が得られる禁止帯信号領域における
計測された信号強度Ｉ（Ｘ）の平均値であり、また、
（１３）式で表される値σＩ₀は、禁止帯信号領域にお
ける計測された信号強度Ｉ（Ｘ）の標準偏差である。す
なわち、値μＩ₀は、上述のステップ２０２の撮像結果
における正規化情報を含んだものであり、また、値σＩ
₀は撮像結果のノイズレベルの情報を含んだものとなっ
ている。そして、抽出装置３２は、値μＩ₀及び値σＩ₀
を領域情報格納領域４２に格納する。こうして、マーク
信号領域の抽出を終了する。

【００７９】図５に戻り、次に、サブルーチン２０４に
おいて、マークＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）のＸ位置を、シンプレ
ックス法を使用して求める。なお、本実施形態のシンプ
レックス法では、固有の変数として、 α（１）＝１， α（２）＝１／２， α（３）＝−１／２， α（ｋ）＝α（ｋ−２）／２（ｋは４以上の整数） …（１４）で定義されるα（ｋ）（ｋは自然数）を使用することと
している。

【００８０】サブルーチン２０４では、図９に示される
ように、まず、ステップ２１１において、制御装置３９
からの指示に応じて、探索装置３３が、領域情報格納領
域４２からＸ位置Ｘ₁、Ｘ位置Ｘ₂、領域精度Δ、信号波
形Ｉ（Ｘ）（Ｘ₁−Δ≦Ｘ≦Ｘ₂＋Δ）、値μＩ₀、及び
値σＩ₀を読み出すとともに、テンプレート格納領域４
６からテンプレート波形Ｔ（Ｘ）を読み出して、信号波
形Ｉ（Ｘ）とテンプレート波形Ｔ（Ｘ）との相関係数を
評価関数とするシンプレックス法の実行のための準備を
行う。すなわち、探索装置３３は、テンプレート波形Ｔ
（Ｘ）におけるマーク領域の開始Ｘ位置が値Ｘ₁となる
ように、テンプレート波形Ｔ（Ｘ）の原点調整を行う。
そして、探索装置３３は、信号波形Ｉ（Ｘ）とテンプレ
ート波形Ｔ（Ｘ）との位置関係を変化させつつ相関係数
を算出する際のパラメータδの定義域を、 −Δ≦δ≦＋Δ …（１５）と設定する。以下、この定義域を［−Δ，＋Δ］と記
す。この定義域［−Δ，＋Δ］内のパラメータδの値に
ついて、信号波形Ｉ（Ｘ）とテンプレート波形Ｔ（Ｘ＋
δ）との相関係数Ｃ（δ）を算出する。なお、定義域
［−Δ，＋Δ］の幅は、上述のように、信号波形におけ
るラインパターン幅やスペースパターン幅よりも十分に
狭いものとなっているので、定義域［−Δ，＋Δ］にお
ける信号波形Ｉ（Ｘ）とテンプレート波形Ｔ（Ｘ＋δ）
との相関係数Ｃ（δ）の分布は、図１０（Ａ）に示され
るように単峰性となっている。

【００８１】図９に戻り、次に、ステップ２１２におい
て、探索装置３３は、定義域［−Δ，＋Δ］内におい
て、パラメータδの互いに異なる３つの出発値δ₁，
δ₂，δ₃を要素とするパラメータ値の集合ＳＰ［δ
_p（ｐ＝１〜３）］を設定する。かかるパラメータδの
出発値δ_pの設定の例が、図１０（Ｂ）に示されてい
る。なお、出発値δ_pの設定にあたっては、定義域［−
Δ，＋Δ］において、両端点付近に１つずつ及び中央部
付近に１つというように出発値δ_pを設定することが好
ましい。

【００８２】図９に戻り、次いで、ステップ２１３にお
いて、探索装置３３は、信号波形Ｉ（Ｘ）とテンプレー
ト波形Ｔ（Ｘ＋δ_p）との相関係数（正規化相関係数）
Ｃ（δ_p）を算出する。かかる相関係数の算出にあたっ
ては、正規化されたテンプレート波形Ｔ（Ｘ＋δ_p）
と、値μＩ₀によって正規化された信号強度Ｉ（Ｘ）と
が使用され、かつ、値σＩ₀から推定されるノイズレベ
ルが考慮される。上述した、図１０（Ｂ）の例では、図
１０（Ｂ）に示されるように、Ｃ（δ₁）＜Ｃ（δ₂）＜Ｃ（δ₃） …（１６）となっている。引き続き、探索装置３３は、相関係数Ｃ
（δ_p）を要素する相関係数の集合ＳＣ［Ｃ（δ_p）］を
作成する。

【００８３】図９に戻り、次に、サブルーチン２１４に
おいて、シンプレックス法のアルゴリズムを使用して、
新たなパラメータ値（δ₃’とする）を算出する。こう
した新たなパラメータ値δ₃’の算出にあたって、探索
装置３３は、図１１に示されるように、まず、ステップ
２２１において、相関係数の集合ＳＣにおいて相関係数
が最小となるパラメータ値δ_W（図１０（Ｂ）の例で
は、パラメータ値δ₁）及び相関係数が最大となるパラ
メータ値δ_B（図１０（Ｂ）の例では、パラメータ値
δ₃）を抽出する。

【００８４】引き続き、ステップ２２２において、探索
装置３３は、パラメータ値δ_W，δ_Bが、本実施形態にお
ける所定の位置検出精度ＴＨ（例えば、１／１００ピク
セル）に対して、｜δ_B−δ_W｜≦ＴＨ …（１７）という条件（以下、「条件１」という）を満足するか否
かを判定することにより、探索精度が所定の位置検出精
度ＴＨ以下となったか否かを判定する。上述のように、
定義域［−Δ，＋Δ］において、両端点付近に１つずつ
及び中央部付近に１つというように出発値δ_pが設定さ
れていれば、ステップ２２２における条件１の判定は否
定的なものとなり、処理はステップ２２４に移行する。
一方、ステップ２２２における条件１の判定が肯定的な
場合には、処理はステップ２２３に移行する。この段階
ではステップ２２２における判定が否定的であったとし
て、以下の説明をする。

【００８５】ステップ２２４において、探索装置３３
は、パラメータ値の集合ＳＰ［δ_p］からパラメータ値
δ_Wを除いた集合ＳＰ’［δ₁’，δ₂’］に属するパラ
メータ値δ₁’，δ₂’の平均値δ_Gを、 δ_G＝（δ₁’＋δ₂’）／２ …（１８）によって算出する。図１０（Ｂ）の例の場合には、図１
２（Ａ）に示されるように、パラメータ値δ₂，δ₃がパ
ラメータ値δ₁’，δ₂’となり、平均値δ_Gが図示の位
置となる。

【００８６】図１１に戻り、引き続き、ステップ２２５
において、探索装置３３は、パラメータｋを１に設定す
る。この結果、上述したシンプレックス法の固有の変数
α（ｋ）は、 α（ｋ）＝α（１）＝１ …（１９）となる。

【００８７】次に、ステップ２２６において、探索装置
３３は、固有の変数α（ｋ）、平均値δ_G、及び最小相
関位置δ_Wから、 δ_D＝α（ｋ）・（δ_G−δ_W） …（２０）を算出する。そして、探索装置３３は、｜δ_D｜≦ＴＨ …（２１）という条件（以下、「条件２」という）を満足するか否
かを判定することにより、探索精度が所定の位置検出精
度ＴＨ以下となったか否かを判定する。ステップ２２６
における条件２の判定が肯定的であった場合には、処理
はステップ２２３に移行する。一方、ステップ２２６に
おける条件２の判定が否定的であった場合には、処理は
ステップ２２７に移行する。この段階ではステップ２２
６における判定が否定的であったとして、以下の説明を
行う。

【００８８】ステップ２２７において、探索装置３３
は、探索の終了フラグをＯＦＦとする。そして、探索装
置３３は、新パラメータ値δ₃’の探索を開始する。

【００８９】引き続き、ステップ２２８において、探索
装置３３は、新パラメータ値（正確には新パラメータ値
候補）δ₃’を、 δ₃’＝δ_G＋δ_D＝δ_G＋（δ_G−δ_W） …（２２）によって算出する。こうして、算出された新パラメータ
δ₃’が図１２（Ａ）に示されている。

【００９０】図１１に戻り、次いで、ステップ２２９に
おいて、探索装置３３は、新パラメータ値δ₃’が定義
域［−Δ，＋Δ］内にあるか否かを判定する。図１２
（Ａ）の例の場合には、新パラメータ値δ₃’が定義域
［−Δ，＋Δ］外となったので、探索装置３３は否定的
な判定を行い、処理はステップ２３０に移行する。一
方、ステップ２２９における判定が肯定的な場合には、
処理がステップ２３１に移行する。この段階ではステッ
プ２２９における判定が否定的であるとして、以下の説
明をする。

【００９１】ステップ２２９における判定が否定的な場
合には、ステップ２３０において、探索装置３３は、パ
ラメータｋをｋ＋１にインクリメントする。この結果、
シンプレックス法の固有の変数α（ｋ）は、 α（ｋ）＝α（２）＝１／２ …（２３）となる。

【００９２】こうして、パラメータ値が更新されると、
処理は、ステップ２２６に移行し、以後、ステップ２２
６で肯定的な判断がなされるか、ステップ２２９で肯定
的な判断がなされるまで、上記と同様にして、ステップ
２２６からステップ２３０の処理を繰り返す。こうした
新パラメータ値δ₃’の算出及びシンプレックス法の固
有の変数α（ｋ）の更新と繰り返し中に、ステップ２２
６で肯定的な判断がなされる前に、図１２（Ｂ）に示さ
れるように、新パラメータ値δ₃’が定義域［−Δ，＋
Δ］内の値となり、ステップ２２９において肯定的な判
断がなされたとして、以下の説明を行う。

【００９３】ステップ２２９において肯定的な判断がな
されると、ステップ２３１において、探索装置３３は、
そのときの新パラメータ値δ₃’における相関係数Ｃ
（δ₃’）を算出する。

【００９４】引き続き、ステップ２３２において、探索
装置３３は、相関係数Ｃ（δ₃’）が上述の最小相関係
数Ｃ（δ_W）よりも大きいか否かを判定することによ
り、新パラメータ値とするに相応しいものが求められた
か否かを判定する。ステップ２３２において否定的な判
定がなされた場合には、処理はステップ２３０に移行す
る。一方、ステップ２３２において肯定的な判定がなさ
れると、サブルーチン２１４の処理を終了する。この段
階では、ステップ２３２において否定的な判定がなされ
として、以下説明する。

【００９５】ステップ２３２において否定的な判断がな
されると、ステップ２３０において、探索装置３３は、
ステップ２３０において、探索装置３３は、パラメータ
ｋをｋ＋１にインクリメントする。この結果、シンプレ
ックス法の固有の変数α（ｋ）が更新される。

【００９６】こうして、パラメータ値が更新されると、
処理は、ステップ２２６に移行し、以後、ステップ２２
６で肯定的な判断がなされるか、ステップ２３２で肯定
的な判断が成されるまで、上記と同様にして、ステップ
２２６からステップ２３０の処理を繰り返す。こうした
新パラメータ値δ₃’の算出及びシンプレックス法の固
有の変数α（ｋ）の更新と繰り返し中に、ステップ２２
６で肯定的な判断がなされる前に、図１２（Ｂ）に示さ
れるように、新パラメータ値δ₃’における相関係数Ｃ
（δ₃’）が最小相関係数Ｃ（δ_W）よりも大きくなり、
ステップ２３２において肯定的な判断がなされたとし
て、以下の説明を行う。

【００９７】ステップ２３２において肯定的な判断がな
されると、上述のようにサブルーチン２１４の処理が終
了する。そして、図９のステップ２１５に処理が移行す
る。

【００９８】ステップ２１５において、探索装置３３
は、終了フラグがＯＮであるか否かを判定をすることに
より、探索終了条件となったか否かを判定する。この段
階では、終了フラグはＯＦＦなので、ステップ２１５に
おける判定は否定的なものとなり、処理はステップ２１
６に移行する。

【００９９】ステップ２１６において、探索装置３３
は、そのときのパラメータ値δ₁’，δ₂’，δ₃’を要
素して、新たなパラメータ値の集合ＳＰ［δ_p］を作成
する。引き続き、ステップ２１７において、既に求めら
れている相関係数Ｃ（δ_p’）を要素として、新たな相
関係数の集合ＳＣ［Ｃ（δ_p）］を作成する。

【０１００】こうして、新たなパラメータ値の集合ＳＰ
［δ_p］及び新たな相関係数の集合ＳＣ［Ｃ（δ_p）］が
作成されると、処理は、サブルーチン２１４に移行す
る。以後、上記と同様にして、サブルーチン２１４から
ステップ２１７までの処理が繰り返されて、新たなパラ
メータ値の集合ＳＰ［δ_p］及び新たな相関係数の集合
ＳＣ［Ｃ（δ_p）］の作成が繰り返される。

【０１０１】かかるサブルーチン２１４からステップ２
１７までの処理中において、図１１のステップ２２２に
おいて上述の条件１が肯定的に判定されるか、ステップ
２２６において上述の条件２が肯定的に判定されると、
処理は、ステップ２２３に移行し、ステップ２２３にお
いて、探索装置３３が終了フラグをＯＮにする。そし
て、サブルーチン２１４の処理が終了し、図９のステッ
プ２１５に処理が移行する。

【０１０２】ステップ２１５において、探索装置３３
が、探索終了条件となったか否かを判定するが、この段
階では、終了フラグがＯＮなので、肯定的な判定がされ
る。この結果、処理はステップ２１８に移行する。

【０１０３】ステップ２１８において、探索装置３３
は、そのときの相関係数の集合ＳＣ［Ｃ（δ_p）］にお
ける最大相関係数Ｃ（δ_B）を抽出し、さらに、最大相
関係数Ｃ（δ_B）に応じたパラメータ値δ_Bを抽出する。
そして、探索装置３３は、パラメータ値δ_Bを最大相関
位置として最大相関位置格納領域４３に格納する。

【０１０４】引き続き、ステップ２１９において、マー
ク位置算出装置３４は、最大相関位置格納領域４３か
ら、マークＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）に関する最大相関位置を読
み出す。また、マーク位置算出装置３４は、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。そ
して、マーク位置算出装置３４は、最大相関位置及び位
置情報ＷＰＶに基づいて、マークＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）のＸ
位置を求める。こうして求められたマークＭＸ（ｉ₁，
ｊ₁）のＸ位置を、マーク位置算出装置３４は、マーク
位置格納領域４４に格納する。こうして、サブルーチン
２０４の処理を終了して、図５のメインルーチンのステ
ップ２０５に処理が移行する。

【０１０５】次に、ステップ２０５において、選択され
た全てのマークについてマーク情報の算出を完了したか
否かが判定される。以上では、１個のマークＭＸ
（ｉ₁，ｊ₁）のみについてマーク情報、すなわちマーク
ＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）のＸ位置の算出が完了したのみなの
で、ステップ２０５においての判定は否定的なものとな
り、ステップ２０６に処理が移行する。

【０１０６】ステップ２０６では、制御装置３９が、次
のマークがアライメント顕微鏡ＡＳの撮像視野に入る位
置にウエハＷを移動させる。かかるウエハＷの移動は、
制御装置３９が、プリアライメント結果に基づいて、ス
テージ制御系１９を介してウエハ駆動装置２４を制御
し、ウエハステージＷＳＴを移動させることにより行わ
れる。

【０１０７】以後、ステップ２０５において、選択され
た全てのマークについてマーク情報が算出されたと判定
されるまで、上述のマークＭＸ（ｉ₁，ｊ₁）の場合と同
様にして、マークＭＸ（ｉ_m，ｊ_m）（ｍ＝２〜Ｍ）のＸ
位置、及びマークＭＹ（ｉ_n，ｊ_n）（ｎ＝１〜Ｎ）のＹ
位置が算出される。こうして、選択された全てのマーク
の位置が算出され、マーク位置格納領域４４に格納さ
れ、ステップ２０５において肯定的な判定がなされる
と、処理がステップ２０７に移行する。

【０１０８】ステップ２０７では、誤差パラメータ算出
装置３５が、マーク位置格納領域４４から、マークＭＸ
（ｉ_m，ｊ_m）（ｍ＝１〜Ｍ）のＸ位置、及びマークＭＹ
（ｉ _n，ｊ_n）（ｎ＝１〜Ｎ）のＹ位置を読み出す。そし
て、読み出されたマークＭＸ（ｉ_m，ｊ_m）のＸ位置及び
マークＭＹ（ｉ_n，ｊ_n）Ｙ位置に基づいて、例えば特開
昭６１−４４４２９号公報に開示される統計演算により
ウエハＷ上のショット領域ＳＡの配列座標を算出するた
めの誤差パラメータ値を算出する。そして、誤差パラメ
ータ算出装置３５は、求められた誤差パラメータ値をパ
ラメータ値格納領域４５に格納する。

【０１０９】以後、制御装置３９が、誤差パラメータ値
格納領域４５から誤差パラメータ値を読み出し、その誤
差パラメータ値を用いて求められたショット領域配列を
使用しつつ露光装置１００の全体を統括制御し、レチク
ルＲにおけるスリット状の照明領域（中心は光軸ＡＸと
ほぼ一致）を照明光ＩＬにより照明した状態で、ウエハ
ＷとレチクルＲとを走査方向（Ｙ方向）に沿って互いに
逆向きに、投影倍率に応じた速度比で同期移動させる。
これにより、レチクルＲのパターン領域のパターンがウ
エハＷ上のショット領域上に縮小転写される。

【０１１０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、アライメント顕微鏡ＡＳによるマークＭＸ，ＭＹの
撮像結果について、抽出装置３２が、信号波形Ｉ（Ｘ）
とテンプレート波形Ｔ（Ｘ＋δ）との相関係数の分布が
単峰となる、パラメータδの定義域を抽出し、探索装置
３３が、抽出された定義域において信号波形Ｉ（Ｘ）と
テンプレート波形Ｔ（Ｘ＋δ）との相関係数が最大とな
るパラメータδの値を、相関係数を評価関数とするシン
プレックス法によって求め、求められた位置関係に基づ
いて、位置算出装置３４が、マークＭＸ，ＭＹの位置を
求める。したがって、迅速かつ精度良くマークＭＸ，Ｍ
Ｙの位置を検出することができる。そして、本実施形態
では、精度良く求められたマークＭＸ，ＭＹ位置に基づ
いて、ウエハＷ上のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）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（ｉ，ｊ）にレチクルＲに形成
されたパターンを迅速かつ精度良く転写することができ
る。

【０１１１】なお、上記の実施形態では、集合ＳＰにお
ける最小相関位置と該最小相関位置を除く位置の平均位
置との差が所望の位置精度以下であること（条件１）、
又は、集合ＳＰにおける最小相関位置と最大相関位置と
の差が所望の位置精度以下であること（条件２）をシン
プレックス法処理の終了条件としたが、いずれか一方を
終了条件とすることも可能である。また、固有の変数α
（ｋ）の絶対値が所定の下限値以下となったことをシン
プレックス法処理の終了条件とすることも可能である。
さらに、上述の新たなパラメータ値δ₃’に関する相関
係数Ｃ（δ₃’）の算出回数が所定の上限値を超えたこ
とをシンプレックス法処理の終了条件とすることも可能
である。

【０１１２】また、上記の実施形態では、シンプレック
ス法の固有の変数として、上述の（１４）式で定義され
るα（ｋ）を採用したが、以下の（２４）式及び（２
５）式を満足するものであれば採用することが可能であ
る。

【０１１３】

【数８】

【０１１４】また、上記の実施形態では、シンプレック
ス法の適用にあたって、パラメータδの出発値の数、並
びにパラメータ値の集合ＳＰ及び相関係数の集合ＳＣの
要素数を３としたが、３以上の整数であれば任意の数と
することができる。

【０１１５】また、上記の実施形態では、最大相関位置
の探索アルゴリズムとしてシンプレックス法を採用した
が、二分探索法を採用することも可能であるし、また、
勾配法を採用することも可能である。

【０１１６】また、上記の実施形態では、マーク信号領
域の両側にある禁止帯信号領域に応じて２つの窓ＷＩＮ
１，ＷＩＮ２を設けたが、窓を１つとすることも可能で
ある。かかる場合には、１つの窓を視野領域ＶＸＡ内で
走査し、窓内における信号強度の分散を実施形態と同様
にして求めると、マーク信号領域の両側にある禁止帯信
号領域に応じて、分散が極小となる窓位置（１次元フィ
ルタの位置）が２箇所観測されることになる。こうし
て、観測された２つの窓位置からマーク信号領域ひいて
は相関係数算出の定義域を抽出することができる。

【０１１７】さらに、上記の実施形態のように、禁止帯
信号領域における信号強度値が最大かつほぼ一定となる
場合には、（３）式及び（６）式で算出される平均値μ
Ｉ（Ｘ_W1）が最大となる１次元フィルタの位置を求めて
も、マーク信号領域ひいては相関係数算出の定義域を抽
出することができる。

【０１１８】また、上記の実施形態では、マーク信号領
域の抽出のために、撮像の結果から直接的に得られる光
強度信号Ｉ（Ｘ）を使用したが、図１３（Ａ）に示され
る光強度信号Ｉ（Ｘ）の１階位置微分信号ｄＩ（Ｘ）／
ｄＸを使用することも可能である。この場合には、禁止
帯信号領域では信号レベルがほぼゼロレベルとなり、マ
ーク信号領域では信号レベルが正負に大きく変化する。
すなわち、禁止帯信号領域における信号レベルの変化が
緩やかであり、マーク信号領域では信号レベルの変化が
激しいことは、上記の実施形態と同様である。このた
め、上記の実施形態と同様の１次元フィルタＦＸ１を用
意して視野領域ＶＸＡ内を走査しつつ、上記の実施形態
と同様にして、窓ＷＩＮ１，ＷＩＮ２内における１階位
置微分信号ｄＩ（Ｘ）／ｄＸの分散Ｖ₁（Ｘ_W1）を算出
すると、分散Ｖ₁（Ｘ_W1）は図１３（Ｂ）に示される通
りの分布となる。したがって、図１３（Ｂ）において分
散Ｖ₁（Ｘ_W1）が最小となる１次元フィルタＦＸ１のＸ
位置Ｘ_W0を求めることにより、上記の実施形態と同様に
マーク信号領域ひいては相関係数算出の定義域の抽出結
果を得ることができる。

【０１１９】さらに、光強度信号Ｉ（Ｘ）のｈ階位置微
分信号（ｈ≧２）を使用しても、禁止帯信号領域におけ
る信号レベルの変化が緩やかであり、マーク信号領域で
は信号レベルの変化が激しくなる。したがって、光強度
信号Ｉ（Ｘ）のｈ階位置微分信号を使用した場合にも、
上記の実施形態と同様にして、マーク信号領域ひいては
相関係数算出の定義域の抽出をすることができる。

【０１２０】なお、光強度信号Ｉ（Ｘ）のｓ階位置微分
信号（ｓ≧１）を使用した場合において、上述の（１
２）式及び（１３）式に対応して求められる、分散が最
小なる位置における窓内の信号強度の平均値及び標準偏
差は、共にｓ階位置微分信号に重畳しているノイズレベ
ルを反映した値となっている。

【０１２１】また、上記の実施形態では、信号強度の変
化が緩やかな禁止帯信号領域に着目し、禁止帯信号領域
に応じた窓を有する１次元フィルタＦＸ１を使用した
が、激しい信号強度変化が幅ＬＳＸにわたって継続する
マーク信号領域に着目して、マーク信号領域ひいては相
関係数算出の定義域を抽出することも可能である。かか
る場合には、図１４（Ａ）に示されるような、幅ＬＳＸ
の窓ＷＩＮを有する１次元フィルタＦＸ２を用意する。
そして、１次元フィルタＦＸ２で視野領域ＶＸＡ内を走
査しつつ、上記の実施形態と同様にして、窓ＷＩＮ内に
おける信号強度Ｉ（Ｘ）の分散ＶＩ（Ｘ_W）を算出す
る。こうして求められた分散ＶＩ（Ｘ_W）は、図１４
（Ｂ）に示されるように、窓ＷＩＮ内領域がマーク信号
領域と一致したときに最大となる。したがって、図１４
（Ｂ）において、分散ＶＩ（Ｘ_W）が最大となる１次元
フィルタＦＸ２の位置Ｘ_W0（＝Ｘ₁）を求めることによ
り、マーク信号領域ひいては相関係数算出の定義域の抽
出をすることができる。

【０１２２】なお、この場合には、窓ＷＩＮ内の信号強
度の平均値μＩ（Ｘ_W）、変動ＳＩ（Ｘ_W）、及び分散Ｖ
Ｉ（Ｘ_W）の算出にあたっては、上記の実施形態におけ
る（３）〜（８）式に代えて、次の（２６）〜（３１）
を使用する。

【０１２３】

【数９】

【０１２４】

【数１０】

【０１２５】

【数１１】

【０１２６】

【数１２】

【０１２７】

【数１３】

【０１２８】

【数１４】

【０１２９】また、後のマーク位置の算出において利用
可能な、正規化情報やノイズレベル情報を得るために
は、マーク信号領域の抽出後に、マーク信号領域の両側
にある禁止帯信号領域を特定し、禁止帯信号領域におけ
る信号強度の平均値と分散とを算出することが必要とな
る。

【０１３０】なお、上記のような１次元フィルタＦＸ２
を使用する場合においても、光強度信号Ｉ（Ｘ）のｓ階
位置微分信号（ｓ≧１）を使用することができる。

【０１３１】また、上記の実施形態では、マークとして
図２（Ｂ）に示されるようなラインアンドスペースパタ
ーンの１次元マークを使用したが、例えば、図１５
（Ａ）に示されるような、Ｘ位置検出用のマークＭＸ
１、Ｙ位置検出用のマークＭＹ、及びＸ位置検出用のマ
ークＭＸ２がＸ方向に順次並べられた複合マークである
２次元位置検出用のマークを使用することも可能であ
る。かかる２次元位置検出用のマークは、例えば特開平
６−２７５４９６号公報に開示される、統計演算による
ウエハＷ上のショット領域ＳＡの配列座標及びショット
領域ＳＡ内座標の算出に好適に使用される。

【０１３２】図１５（Ａ）に示される２次元マークにつ
いても、Ｘ位置及びＹ位置の検出にあたって、上記の実
施形態と同様にして、禁止帯信号領域又はマーク信号領
域に着目してマーク信号領域を抽出することが可能であ
るが、Ｘ方向に関するマーク信号領域の抽出にあたって
は、マークＭＹに応じた幅ＶＳＹのマーク信号領域に着
目してマーク信号領域ひいては相関係数算出の定義域を
抽出することが可能である。すなわち、走査線ＳＬ₁〜
ＳＬ₅₀それぞれについて考えてみると、マークＭＹに応
じたマーク信号領域では、図１５（Ｂ）において走査線
ＳＬ₁について代表的に示されるように、スペース部の
信号強度がほぼ一定値で連続するか、又は、図１５
（Ｃ）において走査線ＳＬ_jについて代表的に示される
ように、ライン部の信号強度がほぼ一定値で連続するか
のいずれかである。したがって、走査線ＳＬ₁〜ＳＬ₅₀
における各Ｘ位置の信号強度の平均値を求めると、図１
５（Ｄ）に示されるように、マークＭＹに応じた幅ＶＳ
Ｙのマーク信号領域では、スペース部の信号強度とライ
ン部の信号強度との間の信号強度の値がほぼ一定値で連
続することになる。このように、長い幅で信号強度がほ
ぼ一定値となる領域は、視野領域ＶＸＡ内には通常存在
しない。

【０１３３】そこで、図１６（Ａ）に示されるような、
幅ＶＳＹの窓ＷＩＮを有する１次元フィルタＦＸ３を用
意して視野領域ＶＸＡ内を走査しつつ、上記の実施形態
と同様にして、分散ＶＩ（Ｘ_W）を算出する。こうして
求められた分散ＶＩ（Ｘ_W）は、図１６（Ｂ）に示され
るように、窓ＷＩＮ内領域がマークＭＹに応じたマーク
信号領域と一致したときに最小となる。したがって、図
１６（Ｂ）において、分散ＶＩ（Ｘ_W）が最小となる１
次元フィルタＦＸ３の位置Ｘ_W0を求めることにより、マ
ーク信号領域ひいては相関係数算出の定義域の抽出をす
ることができる。

【０１３４】なお、上記のような１次元フィルタＦＸ３
を使用する場合においても、光強度信号Ｉ（Ｘ）のｓ階
位置微分信号（ｓ≧１）を使用することができる。

【０１３５】また、他の形状のマークについても本発明
が適用できるのは勿論である。

【０１３６】また、上記の実施形態では、ストリートラ
イン上に形成されたマークを使用したが、マークはスト
リートライン上に形成されていることを要しない。さら
に、ストリートライン自体をマークとして取り扱い、シ
ョット領域の配列座標を算出することもできる。

【０１３７】また、上記の実施形態では、窓の走査を、
１画素ずつ所定方向へ移動することにより行ったが、複
数画素ずつ所定方向へ移動することにしてもよい。

【０１３８】また、相関係数算出の定義域の抽出にあた
っては、上述のような１次元フィルタを使用する方法に
限らず、相関係数の分布の単峰性を実現できるならば、
他の方法を使用することも可能である。

【０１３９】また、上記の実施形態では、アライメント
方式を、投影光学系を介することなく直接ウエハ上のア
ライメントマークの位置を計測するオフアクシス方式と
したが、投影光学系を介してウエハ上のアライメントマ
ークの位置を計測するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方
式や、投影光学系を介してウエハとレチクルとを同時に
観察するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式を採用す
ることも可能である。なお、ＴＴＲ方式の場合には、サ
ンプルアライメントでは、観察時において、レチクルに
形成されたレチクルマークとウエハに形成されたウエハ
マークとのずれが零となるときのウエハマークの位置検
出する。

【０１４０】また、上記の実施形態では、各ショット領
域の座標を算出したが、各ショットのステップピッチを
算出してもよい。

【０１４１】また、上記の実施形態では、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。

【０１４２】また、上記の実施形態では、露光装置にお
けるウエハ上の位置合わせ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、レチクル上の
位置合わせマークのマーク検出、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、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や、対象物に貼付されたバーコード
の読み取りにも利用可能である。

【０１４３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
位置検出方法によれば、マークを観察して得られた観察
結果について所定のテンプレートとの相関係数の分布が
単峰となる（すなわち、局所的最大値位置が大域的最大
値位置となる）観察結果と所定のテンプレートとの相対
位置の定義域領域を抽出した後、抽出された定義域領域
内において観察結果と所定のテンプレートとの相関係数
が最大となる観察結果と所定のテンプレートとの位置関
係を山登り法によって求め、求められた位置関係に基づ
いてマークの位置を検出する。したがって、本発明の位
置検出方法によれば、迅速かつ精度良くマーク位置を検
出することができる。

【０１４４】また、本発明の位置検出装置によれば、本
発明の位置検出方法を使用してマーク位置を検出するの
で、迅速かつ精度良くマーク位置の検出をすることがで
きる。

【０１４５】また、本発明の露光方法によれば、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、迅速かつ精度良く位置制御して、基板を所定
のパターンを迅速かつ精度良く区画領域に転写すること
ができる。

【０１４６】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の露光方法を使用して所定のパターンを基板に転写する
ので、所定のパターンを基板に迅速かつ精度良く転写す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の露光装置の概略構成を示す図であ
る。

【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、位置検出用マー
クの例を説明するための図である。

【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、図２（Ｂ）の位置
合わせマークの撮像結果を説明するための図である。

【図４】主制御系の概略構成を示す図である。

【図５】マークの位置検出動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、一実施形態にお
ける位置合わせマークの撮像結果を説明するための図で
ある。

【図７】一実施形態における１次元フィルタを説明する
ための概念図である。

【図８】図７の１次元フィルタの窓内の信号強度の分布
を示すグラフである。

【図９】図５の位置算出サブルーチンを説明するための
フローチャートである。

【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、位置算出
処理過程を説明するための図（その１）である。

【図１１】図９の新パラメータ値算出サブルーチンを説
明するためのフローチャートである。

【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、位置算出
処理過程を説明するための図（その２）である。

【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、微分波形
を使用した変形例を説明するための図である。

【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、マーク信
号領域に応じた窓を有する１次元フィルタを使用した変
形例を説明するための図である。

【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、２次元マー
クを使用した変形例を説明するための図（その１）であ
る。

【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、２次元マ
ークを使用した変形例を説明するための図（その２）で
ある。

【符号の説明】

３２…抽出装置、３３…探索装置、３４…マーク位置算
出装置（位置算出装置）、ＡＳ…アライメント顕微鏡
（観察装置、撮像装置）、ＭＸ，ＭＹ…位置検出用マー
ク（マーク）、Ｗ…ウエハ（物体、基板）、ＷＳＴ…ウ
エハステージ（ステージ装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA02 AA07 BB02 BB27 CC20 DD06 FF07 FF42 FF61 GG01 HH05 HH12 JJ08 LL21 MM03 PP12 PP24 QQ13 QQ17 QQ23 QQ28 QQ38 5F046 BA04 BA05 EA03 EA09 EB07 FA10 FA17 FB04 FB13 FC04 FC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体に形成されたマークの位置を検出す
る位置検出方法であって、前記マークを観察する第１工
程と；前記第１工程における観察結果から、前記マーク
を反映した観察結果を含み、前記観察結果と所定のテン
プレートとのテンプレートマッチングによって得られる
相関係数が単峰性の分布となる定義域領域を抽出する第
２工程と；前記定義域領域において前記相関係数が最大
となる前記観察結果と前記所定のテンプレートとの位置
関係を、山登り法によって求める第３工程と；前記第３
工程によって求められた位置関係に基づいて前記マーク
の位置を検出する第４工程とを含む位置検出方法。
【請求項２】前記マークは、所定方向における前記マ
ークの形成領域の外側に、表面状態が他の領域と比べて
特徴を有するマーク外領域を有し、前記第２工程では、前記マーク外領域に対応する大きさ
の窓を走査し、前記窓の位置に応じて、前記窓内の観察
結果から前記マーク外領域における表面状態の特徴に応
じた特徴量を求め、該特徴量の前記窓の位置に応じた変
化に基づいて、前記定義域領域を抽出することを特徴と
する請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】前記マークは、所定方向における前記マ
ークの形成領域の内側に、表面状態が他の領域と比べて
特徴を有するマーク内領域を有し、前記第２工程では、前記マーク内領域に対応する大きさ
の窓を走査し、前記窓の位置に応じて、前記窓内の観察
結果から前記マーク内領域における表面状態の特徴に応
じた特徴量を求め、該特徴量の前記窓の位置に応じた変
化に基づいて、前記定義域領域を抽出することを特徴と
する請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項４】前記特徴量は、前記窓内の観察結果の平
均値及び分散の少なくとも一方であることを特徴とする
請求項２又は３に記載の位置検出方法。
【請求項５】前記山登り法は、評価関数を前記相関係
数とするシンプレックス法であることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか一項に記載の位置検出方法。
【請求項６】物体に形成されたマークの位置を検出す
る位置検出装置であって、前記マークを観察する観察装置と；前記観察装置による
観察結果から、前記マークを反映した観察結果を含み、
前記観察結果と所定のテンプレートとのテンプレートマ
ッチングによって得られる相関係数が単峰性の分布とな
る定義域領域を抽出する抽出装置と；前記定義域領域に
おいて前記相関係数が最大となる前記撮像結果と前記所
定のテンプレートとの位置関係を、山登り法によって求
める探索装置と；前記探索装置によって求められた位置
関係に基づいて前記マークの位置を算出する位置算出装
置とを備える位置検出装置。
【請求項７】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有し、前記観察結果は、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であることを特徴とする請求項６に
記載の位置検出装置。
【請求項８】前記抽出装置は、前記物体上における表
面状態が他の領域と異なる特徴を有する特定領域に対応
する大きさの窓を走査し、前記窓の位置に応じて、前記
窓内の観測結果から前記特定領域における表面状態の特
徴に応じた特徴量を求め、該特徴量の前記窓の位置に応
じた変化に基づいて、前記マークを反映した観測結果を
有する領域を抽出することを特徴とする請求項６又は７
に記載の位置検出装置。
【請求項９】前記表面状態には、前記物体の表面から
の光の状態が含まれることを特徴とする請求項８に記載
の位置検出装置。
【請求項１０】所定のパターンを基板上の複数の区画
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
１〜５のいずれか一項に記載の位置検出方法によって検
出して、前記区画領域の位置に関する所定数のパラメー
タを求め、前記基板上における前記区画領域の配列情報
を算出する配列算出工程と；前記配列算出工程において
求められた前記区画領域の配列情報に基づいて、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１１】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６〜９のいずれか一項に記載の位置
検出装置とを備える露光装置。