JP2003092248A - 位置検出装置、位置決め装置及びそれらの方法並びに露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

位置検出装置、位置決め装置及びそれらの方法並びに露光装置及びデバイスの製造方法

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JP2003092248A JP2001282103A JP2001282103A JP2003092248A JP 2003092248 A JP2003092248 A JP 2003092248A JP 2001282103 A JP2001282103 A JP 2001282103A JP 2001282103 A JP2001282103 A JP 2001282103A JP 2003092248 A JP2003092248 A JP 2003092248A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメントマークを用いた位置検出の高速
化を図る。 【解決手段】ウエハ６上のアライメントマークＡＭの位
置を検出する装置において、結像光学系４１２と光電変
換素子４１３で構成される低倍率撮像系と、結像光学系
４１０と光電変換素子４１１で構成される高倍率撮像系
とが設けられる。ハーフミラー４１５により、低倍率撮
像系及び高倍率撮像系により同時にアライメントマーク
が撮像され、得られた低倍率画像と高倍率画像のそれぞ
れに基づいてアライメントマークの位置が算出される。
制御部４２１は、低倍率画像に基づいて算出されたマー
クの位置が所定範囲にある場合に、上記高倍率画像に基
づいて算出されたマーク位置が有効であるとして、当該
アライメントマーク位置に決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はウエハ等の位置決め
を行うのに好適な位置検出装置、位置決め装置とそれら
の方法並びにそれらを用いた露光装置及びデバイスの製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は露光装置に用いられる一般的な
アライメント機構の構成を説明するブロック図である。
図１２は一般的なアライメントマークが形成されたウエ
ハを示す図である。また、図１３は一般的なアライメン
ト処理の概略の手順を説明するフローチャートである。
これらの図を参照して、一般的な半導体製造装置でのウ
エハアライメントについて説明する。
【０００３】ウエハＷが半導体製造装置に供給される
と、まずメカニカルアライメント装置ＭＡが、ウエハＷ
の外周と、オリフラ（Orientation Flat）またはノッチ
（図１２ではノッチＮが示されている）とを用いてメカ
ニカルな位置合わせを行い、ウエハＷのラフな位置を決
定する（ステップＳ０２）。このメカニカルな位置合わ
せの精度は２０μｍ程度である。
【０００４】次にウエハは不図示のウエハ供給装置でチ
ャックＣＨに載せられ（ステップＳ０３）、プリアライ
メントが行われる（ステップＳ０４）。プリアライメン
トでは、スコープＳＣにおいてミラーＭＭを、アライメ
ント光源ＬｉとミラーＭ１によって形成される光経路中
に入れ、低い倍率に設定されたセンサＳ１にアライメン
ト光を導く。従って、プリアライメントでは、低倍率の
センサＳ１を用いて図１２に示される左右のプリアライ
メントマークＰＡＬ，ＰＡＲを検出し、それらのマーク
位置を求めることによりウエハの中心を求める。プリア
ライメントにおける位置合わせ精度は４μｍ程度であ
る。
【０００５】最後に、グローバルアライメントを行い、
正確にウエハＷの位置および、露光ショットの位置が求
められる（ステップＳ０５）。グローバルアライメント
では、スコープＳＣにおいて、ミラーＭＭを光経路より
抜いて、高い倍率に設定されたセンサＳ２が用いられ、
図１２に示されるウエハＷ上の複数のグローバルアライ
メントマークＦＸ１〜４、ＦＹ１〜４の位置が計測され
る。こうして、グローバルアライメントでは、ウエハＷ
のＸ，Ｙ方向のずれと、回転成分、および、ショット配
列の倍率成分が求まる。グローバルアライメントの精度
としては、今日の２５６Ｍｂｉｔのメモリを製造するマ
シンにおいては５０ｎｍ以下の精度が要求される。
【０００６】更に、図１１に示されているスコープＳＣ
について、図１４を参照して説明する。図１４はスコー
プＳＣのより詳細な構成を説明する図である。
【０００７】図１４に於いて、照明光源４０１（ファイ
バ等）から導光された光は、減光手段となる切替えＮＤ
フィルタ４１５を透過した後、照明光学系４０２によ
り、偏光ビームスプリッタ４０３（図１１のミラーＭ１
に相当）に導かれる。
【０００８】尚、切替えＮＤフィルタ４１５は、複数の
離散的な透過率を持つＮＤフィルタ（４１５ａ〜４１５
ｆ）で構成されており、回転駆動系４２０を駆動するこ
とにより所望のＮＤフィルタを用いることができる。制
御装置４２１は、回転駆動系４２０を制御して、観察対
象物体の反射率に応じて最適な明るさとなるようにＮＤ
フィルタを選択する。
【０００９】又、切替えＮＤフィルタに限定されるもの
では無く、光源がＨｅ−Ｎｅレーザーの様な偏光特性を
有している光の場合には、偏光板の回転でも構成が可能
である。
【００１０】偏光ビームスプリッタ４０３によって反射
された紙面に垂直なＳ偏光光は、リレーレンズ４０４、
λ／４板（四分の一波長板）４０９を通過した後、円偏
光に変換され、対物レンズ４０５を通ってウエハ６上に
形成されたアライメントマークＡＭをケラー照明する。
【００１１】アライメントマークＡＭから発生した反射
光、回折光、散乱光は、再度対物レンズ４０５、λ／４
板４０９を戻り、今度は紙面に平行なＰ偏光に変換さ
れ、偏光ビームスプリッタ４０３を通過する。そして、
結像光学系４１０（４１２）によって、アライメントマ
ークＡＭの像を光電変換素子４１１（４１３）（例えば
ＣＣＤカメラ）上に形成する。こうして、光電変換され
たアライメントマーク像の位置に基づいて、ウエハ６の
位置を検出する。
【００１２】結像光学系４１０や４１２について解説す
ると、偏光ビームスプリッタ４０３とこれら結像光学系
４１０（４１２）の間には、光路を切り替える切替えミ
ラー４１４（図１１のミラーＭＭに相当）が構成されて
おり、光路上に切替えミラー４１４が挿入されると、低
倍率を持つ結像光学系４１２に導光され、ウエハ上のア
ライメントマークＡＭを低倍で広い領域で観察が可能と
なる。また、切替えミラー４１４が光路上から逃げるこ
とにより、高倍率検出可能な結像光学系４１０側に導光
される。この高倍率の結像光学系４１０によりウエハ上
のアライメントマークを狭い領域で高精度に検出可能と
なる。
【００１３】尚、制御装置４２１は、これら光電変換さ
れたアライメントマーク像の情報に基づいてウエハ位置
を取得する。更に、制御装置４２１は、アライメントマ
ークＡＭの明るさやコントラストに応じて最適な光量と
なる様に回転駆動系４２０に指令を出し、最適なＮＤフ
ィルタ４１５ａ〜４１５ｆを設定している。
【００１４】なお、このとき、ウエハ６上のアライメン
トマークＡＭを精度良く検出する為には、アライメント
マークＡＭの像が明確に検出されなければならない。つ
まり、ＳＣのピントがアライメントマークＡＭに合って
いなければならない。その為に、一般的には不図示のＡ
Ｆ検出系が構成されており、その検出結果に基づいて、
アライメントマークをＳＣのベストフォーカス面に駆動
して、アライメントマークの検出を行っている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ウエ
ハの位置を正確に求めるためには、チャック上において
少なくともプリアライメントとグローバルアライメント
が必要である。プリアライメントは、メカニカルなアラ
イメントでラフに位置合わせされた後、広い視野でマー
クを検出する必要がある。そのため、低い倍率のスコー
プで検出する必要があり、１００μｍ程度の大きさのマ
ークが必要である。また、グローバルアライメントはプ
リアライメントで既に、４μｍ程度に追い込まれている
ので、高い倍率のスコープで精密な検出が行なわれる。
【００１６】この様に低倍(プリアライメント)や高倍
（グローバルアライメント）と言った複数の検出系によ
る計測が必要となっている反面、検出および計測を短時
間で行う要求が高くなっている。すなわち、単位時間で
のウエハ処理枚数をあげる必要が有るため、アライメン
トと呼ばれる、露光を伴わない処理の時間をできるだけ
短くしなければならない。
【００１７】更に、アライメントに使用される一般的な
スコープＳＣでは、低倍率、高倍率の検出をする度に、
或いは、ウエハ上のアライメントマークＡＭの反射率に
応じて、最適光量となるよう切替えＮＤフィルタ４１５
を駆動して、最適光量に調整する（調光する）必要があ
る。そのため、切替えＮＤフィルタ４１５の駆動に時間
を要してしまい、位置検出する際のスループット低下を
招いてしまうという課題を有している。
【００１８】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、アライメントマークを用いた位置検出の高速
化を図ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による位置検出装置は以下の構成を備える。
すなわち、所定パターンの位置を検出する位置検出装置
であって、第１倍率で撮像する第１撮像系と、前記第１
倍率よりも高い第２倍率で撮像する第２撮像系と、前記
第１撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パター
ンの位置を算出する第１算出手段と、前記第２撮像系よ
り得られた画像に基づいて前記所定パターンの位置を算
出する第２算出手段と、を有し前記第１及び第２撮像系
より同タイミングで得られた各画像を用いて前記第１及
び第２算出手段を実行させて前記所定パターンの位置を
検出する。
【００２０】また、本発明の他の態様による位置検出装
置は、所定パターンの位置を検出する位置検出装置であ
って、第１倍率で撮像する第１撮像系と、前記第１倍率
よりも高い第２倍率で撮像する第２撮像系と、前記第１
撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パターンの
位置を算出する第１算出手段と、前記第２撮像系より得
られた画像に基づいて前記所定パターンの位置を算出す
る第２算出手段と、前記第１及び第２撮像系より同タイ
ミングで得られた各画像を用いて前記第１及び第２算出
手段を実行させ、該第１算出手段の算出結果に基づいて
該第２算出手段の算出結果の有効性を判定する判定手段
と、前記判定手段により有効と判定された場合、前記第
２算出手段で算出された位置を前記所定パターンの検出
位置として出力する第１出力手段とを備える。
【００２１】また、上記の目的を達成するための本発明
による位置決め装置は以下の構成を備える。すなわち、
複数のアライメントマークが設けられた基板の位置決め
を行うための位置決め装置であって、第１倍率で撮像す
る第１撮像系と、前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮
像する第２撮像系と、前記第１及び第２撮像系を用いて
アライメントマークの位置を検出するマーク位置検出手
段と、ここで該マーク位置検出手段は、前記第１撮像系
より得られた画像に基づいて前記アライメントマークの
位置を算出する第１算出手段と、前記第２撮像系より得
られた画像に基づいて前記アライメントマークの位置を
算出する第２算出手段と、前記第１及び第２撮像系より
同タイミングで得られた各画像を用いて前記第１及び第
２算出手段を実行させ、該第１算出手段の算出結果に基
づいて該第２算出手段の算出結果の有効性を判定する判
定手段と、前記判定手段により有効と判定された場合、
前記第２算出手段で算出された位置を前記アライメント
マークの検出位置として取得する取得手段とを有し、前
記取得手段で取得されたアライメントマークの位置に基
づいて前記基板を位置決めする位置決め手段とを備え
る。
【００２２】また、上記の目的を達成するための本発明
による位置検出方法は、所定パターンの位置を検出する
位置検出方法であって、前記所定パターンを第１撮像系
により第１倍率で撮像する工程と、前記所定パターンを
第２撮像系により前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮
像する工程と、前記第１撮像系より得られた画像に基づ
いて前記所定パターンの位置を算出する第１算出工程
と、前記第２撮像系より得られた画像に基づいて前記所
定パターンの位置を算出する第２算出工程と、を有し前
記第１及び第２撮像系より同タイミングで得られた各画
像を用いて前記第１及び第２算出工程を実行させて前記
所定パターンの位置を検出するまた、上記の目的を達成
するための本発明による位置検出方法は、第１倍率で撮
像する第１撮像系と、前記第１倍率よりも高い第２倍率
で撮像する第２撮像系とを用いて所定パターンの位置を
検出する位置検出方法であって、前記第１撮像系より得
られた画像に基づいて前記所定パターンの位置を算出す
る第１算出工程と、前記第２撮像系より得られた画像に
基づいて前記所定パターンの位置を算出する第２算出工
程と、前記第１及び第２撮像系より同タイミングで得ら
れた各画像を用いて前記第１及び第２算出工程を実行さ
せ、該第１算出工程の算出結果に基づいて該第２算出工
程の算出結果の有効性を判定する判定工程と、前記判定
工程により有効と判定された場合、前記第２算出工程で
算出された位置を前記所定パターンの検出位置として出
力する第１出力工程とを備える。
【００２３】また、上記の目的を達成するための本発明
による位置決め方法は、第１倍率で撮像する第１撮像系
と、前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像する第２撮
像系とを用いて、複数のアライメントマークが設けられ
た基板の位置決めを行うための位置決め方法であって、
前記第１及び第２撮像系を用いて前記基板上のアライメ
ントマークの位置を検出するマーク位置検出工程と、こ
こで該マーク位置検出工程は、前記第１撮像系より得ら
れた画像に基づいて前記アライメントマークの位置を算
出する第１算出工程と、前記第２撮像系より得られた画
像に基づいて前記アライメントマークの位置を算出する
第２算出工程と、前記第１及び第２撮像系より同タイミ
ングで得られた各画像を用いて前記第１及び第２算出工
程を実行させ、該第１算出工程の算出結果に基づいて該
第２算出工程の算出結果の有効性を判定する判定工程
と、前記判定工程により有効と判定された場合、前記第
２算出工程で算出された位置を前記アライメントマーク
の検出位置として取得する取得工程とを有し、前記取得
工程で取得されたアライメントマークの位置に基づいて
前記基板を位置決めする位置決め工程とを備える。
【００２４】また、本発明によれば、上記位置決め装置
を用いた露光装置及びデバイスの製造方法が提供され
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好適な実施形態を説明する。
【００２６】＜第１の実施形態＞図１は、本実施形態で
利用可能なアライメントマークの一態様を説明する図で
ある。図１に示したアライメントマークは、８本のＸ方
向計測マーク（Ｘ１〜Ｘ８）と８本のＹ方向計測マーク
（Ｙ１〜Ｙ８）で構成されている。このアライメントマ
ークによれば、プリアライメント計測時及びグローバル
アライメント計測時においてマークのＸ位置、Ｙ位置を
得ることができる。すなわち、プリアライメントにおい
ては、低倍率の検出系により１６本の計測マークの２次
元的な配置をパターンマッチング法によって認識し、Ｘ
方向とＹ方向の位置をこのマークから同時に計算する。
また、グローバルアライメントでは、高倍率の検出系に
より、プリアライメントの時よりさらに細かな分解能で
マーク位置を検出する。
【００２７】また、グローバルアライメントにおいて
は、プリアライメントの時よりさらに細かな分解能でマ
ーク位置を検出する。例えば、高倍率の検出系によりマ
ークを観察し、図５（ａ）に示されるようにウインドウ
Ｘ、ウインドウＹを設定する。そして、各ウインドウ
Ｘ、Ｙについて非計測方向即ちマーク長手方向に積算投
影し、一次元の信号を作成し重心を求めることでＸ、Ｙ
位置を検出する。
【００２８】図２は第１の実施形態によるアライメント
機構を備えた露光装置の構成を説明するブロック図であ
る。また、図３は図１のアライメントマーク（ＦＸＹ１
〜４）が形成されたウエハを示す図である。まず、図１
３のフローチャートに従って、本実施形態のアライメン
ト機構の動作概要を説明する。ウエハＷが半導体製造装
置に供給されると、ウエハの外周とオリフラまたはノッ
チＮ（図３ではノッチＮが示されている）を用いて、メ
カニカルアライメント装置ＭＡがメカニカルな位置合わ
せを行い、ウエハＷのラフな位置を決定する（ステップ
Ｓ０２）。次にウエハＷは不図示のウエハ供給装置でチ
ャックＣＨに載せられ（ステップＳ０３）、低倍率検出
系によりプリアライメントを行う（ステップＳ０４）。
プリアライメントでは、図３に示されるＦＸＹ１とＦＸ
Ｙ３を、あるいは、ＦＸＹ１とＦＸＹ２が用いられる。
各マークをスコープＳＣの低倍率検出系を用いて撮像
し、パターンマッチングによりマーク位置を求め、ウエ
ハの中心を検出する。なお、プリアライメントでは、計
測する２つのマーク間隔が離れているほど精度が良い。
【００２９】次に、グローバルアライメントを行い、正
確にウエハの位置および、露光ショットの位置が求めら
れる（ステップＳ０５）。グローバルアライメントで
は、プリアライメント時よりも高い倍率の高倍率検出系
を用いてウエハ上の複数のグローバルアライメントマー
クＦＸＹ１〜ＦＸＹ４を計測し、ウエハＷのＸ，Ｙ方向
のずれと、回転成分、および、ショット配列の倍率成分
を求める。
【００３０】なお、上記説明では便宜上プリアライメン
トとグローバルアライメントを分けて説明したが、本実
施形態のアライメント処理においては、プリアライメン
ト計測中にグローバルアライメント計測を部分的に行う
ことになる。この点については後述する。
【００３１】次に図１に示されるマークを、低倍と高倍
を同時に観察するスコープについて詳細に説明する。
【００３２】図２に示すウエハアライメント用のスコー
プＳＣは、低倍と、高倍を同時に観察し、マーク位置を
検出できるようになっている。照明光は、アライメント
光源ＬｉからスコープＳＣ内に導光され、ハーフミラー
Ｍ１（又は偏光ビームスプリッタ）を通り、ウエハＷ上
のアライメントマークを照明する。例えば、図３のマー
クＦＸＹ１を照明する。ウエハＷからの反射光は、ハー
フミラーＭ１，Ｍ２を通って、高倍率検出センサＳ２及
び低倍率検出センサＳ１の両方に到達する。制御装置Ｐ
は、センサＳ１，センサＳ２で撮像された画像や信号に
基づいてマーク位置を決定する。なお、主制御装置ＭＣ
は制御装置Ｐからの計測結果情報、センサＬＰからのス
テージ位置計測情報等に基づいてステージＳＴＧを適切
に駆動するべく、駆動部ＭＳに制御信号を送る。
【００３３】図４は図２に示したスコープＳＣをより詳
細に説明する図である。図４に於いて、照明光源４０１
（ファイバ等）から導光された光は、照明光学系４０２
により、偏光ビームスプリッタ４０３（図２のミラーＭ
１に相当）に導かれる。偏光ビームスプリッタ４０３に
よって反射された紙面に垂直なＳ偏光光は、リレーレン
ズ４０４、λ／４板（四分の一波長板）４０９を通過し
た後、円偏光に変換され、対物レンズ４０５を通ってウ
エハ６上に形成されたアライメントマークＡＭをケーラ
ー照明する。
【００３４】ウエハ６のアライメントマークＡＭから発
生した反射光、回折光、散乱光は、再度対物レンズ４０
５、λ／４板４０９を戻り、今度は紙面に平行なＰ偏光
に変換され、偏光ビームスプリッタ４０３を通過する。
その後、ハーフミラー４１５（図２のミラーＭ２に相
当）で適当な比率に分割された光が、結像光学系４１
０、４１２に導かれ、アライメントマークＡＭの像を光
電変換素子４１１、４１３（蓄積時間可変カメラ）上に
形成する。制御装置４２１は、光電変換されたアライメ
ントマーク像の位置に基づいて、アライメントマークの
位置検出、ウエハ６の位置決めを行う。
【００３５】更に、結像光学系４１０や４１２について
図５を用いて解説する。図５は、ウエハ上のスクライブ
ライン上に構成された図１のアライメントマークをスコ
ープＳＣによって観察した様子を示す図である。図５の
（ａ）はＸ及びＹ方向を同時計測できるアライメントマ
ークを高倍率検出系４１０、４１１によって観察した場
合の観察視野領域を模式的に示している。又、図５
（ｂ）は、同じアライメントマークを低倍率検出系４１
２、４１３によって観察した場合の観察視野領域を模式
的に示している。
【００３６】尚、図５（ｂ）は、スコープＳＣの観察視
野内にアライメントマークが送り込まれたときの初期位
置Ｐ２にアライメントマークがある状態を示している。
初期位置Ｐ２が確認されると、図５（ｂ）に示されるよ
うに、アライメントマークを高倍率検出系４１０、４１
１の検出可能領域Ｐ１に移動する。この場合、低倍率検
出系４１２、４１３によって、後述するように初期位置
Ｐ２から検出可能領域Ｐ１までの距離dx1、dy1が算出さ
れる。そして、この算出されたdx1、dy1に基づいて、ウ
エハステージ(図２中「ＳＴＧ」)を駆動して、検出可能
領域Ｐ１にアライメントマークを移動する。尚、検出可
能領域Ｐ１とは、低倍検出視野ＬＦに対する高倍検出視
野ＨＦである。この位置関係は予めハード的に調整され
たもの、或いは低倍視野中心に対する高倍視野中心のズ
レを予めオフセットとして記憶しておいても良い。
【００３７】検出可能領域Ｐ１にアライメントマークが
くるようにステージＳＴＧを移動した後、高倍率検出系
４１０、４１１でＸＹのそれぞれの位置が検出される。
尚、図５（ａ）中破線で示されている領域は、グローバ
ルアライメントにおいてＸＹそれぞれの位置を計測する
際の測定ウインドウを示しており、非計測方向即ちマー
ク長手方向に積算投影し、一次元の信号とした画像デー
タとして、重心検出することも可能である。
【００３８】以上の様に、本実施形態のスコープＳＣで
は、低倍率、高倍率でほぼ同時にアライメントマークを
観察することが可能となり、フローチャートを参照して
後述する本実施形態の制御手順を用いることで、アライ
メント計測の処理時間を短縮できる。
【００３９】次に、検出されるアライメントマークの光
量（或いはアライメントマーク信号コントラスト）と計
測精度の関係を図６に基づいて解説する。図６は、横軸
に光量（或いはアライメントマーク信号コントラスト）
をとり、縦軸にはアライメントマークの計測再現性(３
σ：小さい程精度が良くなる)をとり、光量と計測再現
性の関係を示した図である。図６に示す様に、検出され
るアライメントマークの光量或いはコントラストを上げ
ることで、計測再現性が良くなることがわかる。従っ
て、出来るだけ光量を上げた状態で、但し光量が飽和し
ない状態でアライメントマークを検出することで、高精
度の位置検出が可能となる。実際には、要求される計測
再現性≦ＭＲmaxを補償する為には、光量（或いはコン
トラスト）の最小値Ｉminを決定し、Ｉmin以上の光量で
計測する様に光量判定を行う（詳細は後述）。こうし
て、各アライメントマークに対して最適な光量となる
様、光量調整（調光）を行う。この調光は低倍率及び高
倍率の各検出系に対して個別に行われなければならな
い。そこで、本実施形態では、蓄積時間可変カメラを用
いて、撮影時の最適蓄積時間を設定することにより調光
を行う。
【００４０】蓄積時間可変カメラにおける最適蓄積時間
の設定は次のように行う。まず、ウエハ上の第１の位置
にあるアライメントマークを光電変換素子４１１、４１
３によって検出した際に、検出されたそれぞれのアライ
メントマーク信号は制御装置４２１（制御装置Ｐに相
当）に送られる。制御装置４２１では、アライメントマ
ーク信号に基づいて光電変換素子４１１及び４１３の最
適な蓄積時間を算出し、各光電変換素子４１１、４１３
に蓄積時間の情報を出す。その後、アライメントマーク
の検出に際して、光電変換素子４１１、４１３の各々
は、ここで設定した蓄積時間でアライメントマークを撮
像し、計測することで、最適光量状態での計測が可能と
なる。尚、最適な蓄積時間の算出方法としては、ある蓄
積時間t0で得られた光量をＩ、目標とするべき光量をＩ
targetとした場合、最適蓄積時間ｔ＝［Ｉtarget／Ｉ］
×t0で求めることが出来る。但し、この関係式に限定さ
れるものではなくその他の関係式で最適蓄積時間を求め
ても良い。要するにトレランス内に入るような蓄積時間
を求めることに意味があることは言及するまでも無い。
【００４１】尚、この蓄積時間の算出は、第１の位置に
あるアライメントマーク以降の信号を検出する毎に最適
光量を求めて行うのが好ましい。但し、実際のプロセス
ウエハを考えた場合、同一プロセスでは、ウエハから得
られる光量（ウエハ反射率）はほぼ同じになる為、光量
にあるトレランス（許容度）を設けておけば、蓄積時間
の設定し直しの頻度は低くなる。従って実質、蓄積時間
設定に要する時間は無視することが出来る。
【００４２】また、設計値的に同じ光量となる様調整さ
れた各光電変換素子４１１、４１３でも、実際のプロセ
スで流れているウエハを考えると高倍率と低倍率で光量
が異なる場合がある。これは、図５（ｂ）の観察領域に
アライメントマーク以外の実素子パターンが存在するこ
とに起因する。すなわち、図５（ａ）の高倍率検出系の
観察視野であればアライメントマークだけで決まる光量
でよいが、図５（ｂ）の低倍率検出系の観察視野では、
例えばアライメントマーク周辺部（実素子領域）が明る
い場合、その明るい領域も含めた調光が必要となる。従
って、高倍率と低倍率の検出系のそれぞれについて光電
変換素子の蓄積時間を最適化することが望ましい。
【００４３】次に、図１、図３に示したアライメントマ
ークと図２、図４に示したアライメント機構を用いた高
速なウエハアライメント処理について説明する。
【００４４】ハーフミラー４１５で分割され、透過した
光は高倍率の結像光学系４１０を通して光電変換素子
（蓄積時間可変カメラ）４１１にアライメントマークＡ
Ｍ像を結像する。さらに、ハーフミラー４１５で分割さ
れた光は低倍率の結像光学系４１２を通して、光電変換
素子(蓄積時間可変カメラ)４１３に導光され、アライメ
ントマークＡＭ像を素子上に結像する。従って、同時に
２つの光電変換素子４１１、４１３にアライメントマー
クＡＭ像が結像される。このように、高倍率検出系及び
低倍率検出系の２つの光電変換素子４１１、４１３上に
アライメントマーク像を同時に結像させるので、図５
（ｂ）に示されるずれ量dx1、dy1が許容範囲より小さい
場合には、高倍率検出系の光電変換素子上には正確な位
置計測が可能なアライメントマーク像が結像しているこ
とになる。
【００４５】この場合、同時に取り込んだ２つの画像か
ら、光量を求め、同時にそれぞれの蓄積時間を求める。
それら光量と最適な蓄積時間の演算は制御部４２１が行
う。さらに、dx1、dy1のずれ量が許容範囲内であればそ
のときに取り込んだアライメントマークによる高倍側信
号でのアライメントマーク位置の計算結果は有効であ
る。ここで許容範囲とは、図５（ａ）に示されるウイン
ドウＸおよびウインドウＹにマークが入っていると判断
されるずれ量である。従って、低倍計測で求められたず
れ量dx1、dy1が許容範囲内であれば最も高速に高倍検出
位置を決定することが可能となる。
【００４６】次に図７、図８に示すフローチャートを用
いて、本実施形態によるアライメント処理を説明する。
ウエハの露光に関する概略フローは図１３で示したステ
ップＳ０１〜Ｓ０６と同様のであるが、本実施形態では
ステップＳ０４、Ｓ０５のプリアライメントとファイン
アライメントが統一されて、図７に示すファインアライ
メント処理となる。
【００４７】ファインアライメントが始まると、まず、
最初の計測マークＦＸＹ１の位置へ移動する（ステップ
Ｓ７１）。なお、本実施形態ではプリアライメントに使
用されるマークは、図３のＦＸＹ１とＦＸＹ２の２箇所
としている。最初のＦＸＹ１では、低倍・高倍検出を行
ってマーク位置を求める（ステップＳ７２）。
【００４８】低倍・高倍検出を行ってマーク位置を求め
る手順について図８を参照して以下に説明する。まず、
図４を参照して説明した機構により、２つの光電変換素
子４１１、４１３を用いて、高倍撮像、低倍撮像を同時
に行う（ステップＳ８５、Ｓ８１）。それぞれの撮像は
予め設定された蓄積時間もしくは、以前のウエハで使用
した蓄積時間で行われる。次に、それぞれの光量を独立
に計測し、計測に必要な光量を確保しているか判定す
る。判定の結果、光量が許容範囲を超えている場合は、
蓄積時間を再設定してアライメントマークの像を再び撮
像する（ステップＳ８６、Ｓ８２）。そして、取り込ま
れた像についてマーク位置の算出が行われる（ステップ
Ｓ８７、Ｓ８３）。
【００４９】高倍率検出系で検出した画像に関してはマ
ークが正しく撮像されていない可能性もあるが、マーク
位置を計算しておく。一方、低倍率検出系においては、
視野内にマークが入るほど広い範囲で撮像しているの
で、マーク位置は求められる。低倍のマーク位置が求め
られると、Fine計測のためマークずらし量dx、dyが決定
される（ステップＳ８４）。そして、このずらし量dx、
dyがそれぞれFine計測のためにステージを移動する必要
のない距離であれば、すなわち許容範囲内であれば、高
倍率検出系で撮像したアライメントマークの像は、正確
な位置を求めることが可能な像である。よって、ステッ
プＳ８７で計算されたＦＸＹのマーク位置（Ｘ、Ｙ方向
位置）を採用し、当該マークの位置検出を終了する（ス
テップＳ８８）。
【００５０】一方、ずらし量dx、dyが許容範囲を超えて
いた場合は、正しいアライメントマークが高倍率検出系
で適切に撮像されていない。よって、dx、dyだけステー
ジをずらし（ステップＳ８９）、再度高倍の撮像を行う
（ステップＳ９０〜Ｓ９２）。すなわち、高倍率検出系
によりマークＦＸＹを撮像する（ステップＳ９０）。そ
して、その光量を計測して計測に必要な光量を確保して
いるか判定し、光量が許容範囲外である場合は、蓄積時
間を再設定してアライメントマークの像を再び撮像する
（ステップＳ９１）。そして、取り込まれた像について
マーク位置の算出を行い、マークＦＸＹのＸ、Ｙ方向位
置を求める（ステップＳ９２）。
【００５１】図７に戻り、第２のアライメントマークＦ
ＸＹ２へ移動する（ステップＳ７３）。第２のマークＦ
ＸＹ２についても、低倍と高倍の計測が必要なので、図
８で説明した処理をＦＸＹ２に対して実行する。すなわ
ち、ＦＸＹ２に対して低倍率と高倍率の同時計測を実行
し、そのマーク位置（Ｘ方向、Ｙ方向）を求める。な
お、プリアライメントでは、計測する２つのマーク間隔
が離れているほど精度が良いのであるが、図７の処理で
はＦＸＹ１とＦＸＹ２を用いる。これは、ステージの移
動量を減らして、スループットを向上するためである。
【００５２】次に、第３、第４のマークＦＸＹ３、ＦＸ
Ｙ４の位置を算出するために、マークＦＸＹ１、ＦＸＹ
２のそれぞれのＸ方向位置及びＹ方向位置から、第３、
第４マーク（ＦＸＹ３、４）の目標位置のずれShift
X、Shift Yおよび回転成分θおよび、ウエハ倍率成分Ma
gを求める（ステップＳ７５）。Shift X、Shift Yおよ
びθは、ウエハがチャックＣＨに載せられた際のずれ量
であり、ウエハ倍率成分Magはウエハ上のショットパタ
ーンの伸び量である。この量が大きいと、第３、第４マ
ークＦＸＹ３、４の位置へ直接移動してもアライメント
スコープの真下にマークを移動させることができない。
そこで、θ量とMag量およびShiftX、ShiftYの量に基づ
いて、ウエハのショットレイアウトとステージ座標系の
ずれを計算する。すなわちウエハ上の格子をステージの
格子に合わせる際の微小補正量を求めるのである。
【００５３】第３、第４マークを高倍率検出系のアライ
メントスコープ位置に追い込む際には、上述の微小補正
量を反映させる。そうすることで、低倍率検出系で処理
しなくとも第３、第４マークを高倍検出系の視野に直接
に入れることができ、高倍率検出系で直ちに観察するこ
とが可能となる。
【００５４】このとき、θの補正をウエハが乗っている
チャックＣＨ、あるいはステージＳＴＧを回転させるよ
うにして行ってもよい。ただし、回転動作を加えるとウ
エハ処理時間が長くなる場合がある。よって、本実施形
態では回転操作を加えないことが望ましい。
【００５５】以上のようにして第１のマークから第４マ
ークまで計測が完了すると、ウエハアライメントが完了
する。
【００５６】以上のように第１の実施形態によれば、プ
リアライメントとグローバルアライメントの両方を計測
できるマークを採用し、同一マークについて低倍と高倍
を同時に観察することが可能となる。このため、アライ
メント処理が短縮され、単位時間のウエハ処理枚数は増
える。
【００５７】また、アライメントスコープＳＣに構成さ
れている切替えＮＤフィルタ等の駆動を有さずとも調光
可能となり、駆動系の駆動時間を省くことができる。こ
のため、アライメントマークＡＭの検出時間を削減で
き、スループットの向上を図ることができる。
【００５８】特に、低倍率及び高倍率検出系の両方で同
時にアライメントマークの撮像を行い、低倍率検出系に
よる計測の結果に従って高倍率検出系で得られた像が有
効か否かを判定し、有効であれば同時刻に高倍率検出系
で取り込んだマーク像を用いて得られた位置をファイン
計測結果とするので、よりいっそうのスループット向上
を図ることができる。
【００５９】＜第２の実施形態＞アライメントスコープ
の別実施形態として、図９を用いて説明する。図９に於
いて、図４と異なる点は、高倍率検出系がＸ，Ｙ独立の
検出系（４１０〜４１１、４１０’〜４１１’）を構成
している点である。図９のその他の構成については、図
４と同様なので、詳細な説明は割愛し、異なる点に関し
て説明する。
【００６０】ハーフミラー４１５で分割され、透過した
光は高倍率検出系側に構成された第２のハーフミラー４
１６で２分割される。ハーフミラー４１６で反射した光
は、Ｘ計測専用の高倍率検出結像光学系４１０’を通し
て、光電変換素子（蓄積時間可変カメラ）４１１’に導
光され、アライメントマークＡＭ像を素子上に結像す
る。一方、ハーフミラー４１６を透過した光は、Ｙ計測
専用の高倍率検出結像光学系４１０に導光され、Ｘ計測
と同様に、蓄積時間可変カメラ４１１上に、アライメン
トマークＡＭ像を結像する。何れも光電変換素子から光
電変換された信号に基づき、アライメントマークＡＭ位
置を算出する点は上述と同様である。
【００６１】それぞれの光電変換素子４１１、４１１’
から得られた画像信号は、制御装置４２１に送られ、信
号強度より最適蓄積時間が算出される点も上述と同様で
ある。更に、制御装置４２１で算出された最適蓄積時間
に基づき、光電変換素子４１１、４１１’は画像データ
を採取する事が出来る構成となっている点も同様であ
る。
【００６２】このようにＸ、Ｙについて個別に検出系を
設けると、Ｘ、Ｙの各計測マークで光量が異なるような
場合でも正確に計測することが可能となる。例えば、図
５（ａ）ではＸＹ計測用マークの明るさは同じであると
いう前提で表現している。しかしながら、例えば、Ｘ計
測マークとＹ計測マークをウエハＷ上に作成する際に異
なるプロセスで作成したような場合には、Ｘ、Ｙ計測マ
ークで明るさが異なる場合がある。従って、図９に示す
如き構成とすることで、高倍率検出系のＸマーク検出用
の光電変換素子４１１’とＹマーク検出の光電変換素子
４１１の蓄積時間を個別に最適化できるようにして、よ
り好適にアライメントマークを計測可能とする。
【００６３】以上のように、Ｘ方向、Ｙ方向で異なる最
適蓄積時間が必要な場合に対しても、それぞれの光電変
換素子の蓄積時間が設定できる為、ＸＹそれぞれに対し
て切替えＮＤフィルタを切り換え駆動する必要がなく、
スループットの向上を図ることが出来る。
【００６４】以上の構成において、Ｘ計測専用の高倍率
検出系（４１０'、４１１’）によりアライメントマー
クのＸ計測位置が、Ｙ計測専用の高倍率検出系（４１
０、４１１）によりアライメントマークのＹ計測位置が
求められる。また、第１の実施形態と同様に、低倍率検
出系（４１２、４１３）によりアライメントマークのＸ
Ｙ計測いちが求められる。このとき、同時に３つの光電
変換素子４１１’、４１１、４１３にアライメントマー
クＡＭ像が結像されることにより、低倍率検出系によっ
て求められた図５（ｂ）に示されるずれ量dx1、dy1が許
容範囲より小さい場合には、高倍率検出系の光電変換素
子（４１１、４１１’）上には正確な位置計測が可能な
アライメントマークＡＭの像が結像していることにな
る。
【００６５】すなわち、制御部４２１は、同時に取り込
んだ上記３つの画像のそれぞれについて光量判定し、蓄
積時間を決定し、各画像に基づいて位置を算出する。そ
して、dx1、dy1のずれ量が許容範囲内であればそのとき
に取り込んだアライメントマークによる高倍率検出系で
のアライメントマーク位置の計算結果は有効となる。な
お、許容範囲とは図５（ａ）に示されるウインドウＸお
よびウインドウＹにマークが入っていると判断されるず
れ量である。従って、低倍率検出系で求められたずれ量
dx1、dy1が許容範囲内であれば最も高速に高倍検出位置
を決定することが可能となる。
【００６６】次に、第２の実施形態によるアライメント
処理を図７及び図１０に示すフローチャートを用いて説
明する。図７に示す処理については上述した通りであ
り、説明を繰り返さないが、ステップＳ７２及びステッ
プＳ７４では図１０に示す処理が実行されることにな
る。
【００６７】図１０において、まず、低倍率検出系（４
１２、４１３）による低倍撮像、Ｘ計測用の高倍率検出
系（４１０’、４１１’）による高倍Ｘ撮像、Ｙ計測用
の高倍率検出系（４１０、４１１）による高倍Ｙ撮像を
同時に行う（ステップＳ１０１、Ｓ１０８、Ｓ１０
５）。それぞれの撮像は予め設定された蓄積時間もしく
は、以前のウエハで使用した蓄積時間で行われる。次
に、それぞれの光量を独立に計測し、計測に必要な光量
を確保しているか、すなわち光量が所定範囲内か判定す
る。もし所定範囲外であると判定された場合は、蓄積時
間を再設定しアライメントマークの像を再び撮像する
（ステップＳ１０２、Ｓ１０９、Ｓ１０６）。こうして
取り込まれた像についてマーク位置の算出が行われる。
なお、この時点では高倍率検出系においてマークが正し
く撮像されていない可能性もあるが、マーク位置を計算
しておく（ステップＳ１０３、Ｓ１１０、Ｓ１０７）。
【００６８】低倍率検出系では視野内に確実にマークが
入る程度に広い範囲で撮像しているので、マーク位置を
求めることができる。低倍率検出系によってマーク位置
が求められると、Fine計測のためのマークずらし量dx、
dyを算出できる（ステップＳ１０４）。そして、このず
らし量dx、dyがそれぞれFine計測のためにステージを移
動する必要のない距離であれば、すなわち許容範囲内で
あれば、上記ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８、
Ｓ１０９において高倍率検出系を用いて撮像されたアラ
イメントマーク像は正確な位置検出を行えるものであ
る。よって、ステップＳ１１０、Ｓ１０７で計算された
ＦＸマーク位置、ＦＹマーク位置を採用してマーク位置
検出処理を終了する（ステップＳ１１１）。
【００６９】一方、ずらし量dx、dyが許容範囲を超えて
いた場合は、正しいアライメントマークが高倍率検出系
によって撮像されていないことを意味する。従って、算
出されたずらし量dx、dyだけステージを移動し（ステッ
プＳ１１２）、再度高倍率検出系による撮像を行う（ス
テップＳ１１３、Ｓ１１６）。そして、光量判定、最適
蓄積時間の設定、マーク位置検出を行い、ＦＸ及びＦＹ
マーク位置を決定する（ステップＳ１１７、Ｓ１１８、
Ｓ１１４、Ｓ１１５）。
【００７０】以上のように本実施形態によれば、ＸＹ方
向のそれぞれに専用の高倍率検出系を設けたのでより確
実且つ高精度な位置計測が可能となる。、なお、図１に
示した構成は、オフアクシスアライメント方式の半導体
製造装置で説明したが、TTLアライメント方式でも、レ
チクル（Mask）を通してウエハのマークを観察するTTR
アライメント方式であっても、低倍と、高倍を同時に観
察することのできるスコープを使用し、プリアライメン
トとグローバルアライメントを兼用できるマークを観察
するならば、方式はとはない。
【００７１】＜第３の実施形態＞上記第１の実施形態で
はステップＳ９１において、第２の実施形態ではステッ
プＳ１１４、Ｓ１１７において再調光及び再撮像が発生
する可能性がある。第３の実施形態では、この時点での
再調光、再撮像を不要とし、アライメント計測のより一
層の高速化を図る。なお、基本的なハード構成、アライ
メントマークおよび計測のフローは第１及び第２の実施
形態の何れを採用してもよい。
【００７２】第３の実施形態では、低倍率検出系による
マーク位置の算出を行うとともに、その低倍率の撮像画
像を用いて高倍計測範囲であるウインドウＸ、ウインド
ウＹの領域の光量を調べ、高倍検出の際に設定しなけれ
ばならない蓄積時間を計算する。例えば、図８のフロー
チャートではステップＳ８４において、図９のフローチ
ャートではステップＳ１０４において高倍計測における
蓄積時間を計算し、光電変換素子にこれを設定してお
く。もちろん、ステップＳ１１２において、dx1、dy1だ
け位置をずらしている最中に蓄積時間を計算して、これ
を高倍率検出系の光電変換素子に設定するようにしても
よい。
【００７３】このように、低倍で取り込んだ画像より高
倍の光量計測および蓄積時間の計算を行うことによっ
て、ステップＳ９１、ステップＳ１１４、ステップＳ１
１７における光量の確認等の処理を省略することがで
き、ステップＳ９０、Ｓ１１３、Ｓ１１６で取り込んだ
画像は直ちにステップＳ９２、Ｓ１１５、Ｓ１１８で位
置算出に用いられることになる。以上の第３の実施形態
の方法によれば、調光処理が高速になり、スループット
が向上する。
【００７４】以上説明したように、上記各実施形態によ
れば、グローバルアライメントとプリアライメントを兼
用できるマークを用いることで、プリアライメント処理
のためのステージ移動を省略可能となり、スループット
が向上する。
【００７５】更には、複数の検出系に於いて、蓄積時間
を可変とし、それぞれの検出系で最良の状態で画像を取
り込むことが可能となり、更に、ＮＤフィルタなどのア
クチュエータを動かすことなく画像取り込みが可能とな
り、計測精度の向上や計測時間の短縮を図ることが出来
る。
【００７６】そして、同時に複数の検出系で画像を取り
込むことを可能としたので、ウエハの送り込みずれ量が
許容範囲内である場合には、同時に取り込まれた高倍率
検出系の画像による位置検出結果が利用でき、アライメ
ント計測の時間を短縮できる。また、第３の実施形態に
よれば、たとえウエハ送り込みずれ量が許容範囲外であ
っても、低倍の検出系で取り込んだ画像から高倍の計測
領域の光量を求め、高倍計測のための移動が完了する以
前に高倍検出系の画像取り込み蓄積時間を設定完了させ
ることが可能となり、アライメント計測の時短に寄与す
る。
【００７７】さらに、低倍・高倍率検出を同時に行うマ
ーク（第１、第２実施形態ではＦＸＹ１、ＦＸＹ２）の
結果に基づいて、高倍率検出のみを行うマーク（ＦＸＹ
３、ＦＸＹ４）を高倍率検出系の計測位置へ送り込むた
めのステージ移動量を、ウエハとステージ間の回転成分
θと倍率成分MagおよびShift X, Shift Yに基づいて補
正できる。このため、高倍率検出のみを行うマークを正
確に高倍率検出位置へ送ることができ、低倍率検出が不
要となる。また、回転成分θの補正に対しては、ステー
ジのθ回転動作を行わず、θ成分をＸ，Ｙに分離してス
テージ移動を補正するので、θ回転動作に起因するスル
ープット低下が防止される。
【００７８】＜半導体製造プロセスの説明＞次に上記説
明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセ
スを説明する。図１５は半導体デバイスの全体的な製造
プロセスのフローを示す。ステップＳ２０１（回路設
計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ
２０２（マスク製作）では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Ｓ２０３（ウエ
ハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造す
る。
【００７９】ステップＳ２０４（ウエハプロセス）は前
工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、
リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成
する。次のステップＳ２０５（組み立て）は後工程と呼
ばれ、ステップＳ２０４によって作製されたウエハを用
いて半導体チップ化する工程であり、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）等の組立て工程を含む。ステップＳ２０
６（検査）ではステップＳ２０５で作製された半導体デ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これ
を出荷（ステップＳ２０７）する。
【００８０】前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場
で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システ
ムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工
場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワー
クを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通
信される。
【００８１】図１６は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップＳ２１１（酸化）ではウエハの表面
を酸化させる。ステップＳ２１２（ＣＶＤ）ではウエハ
表面に絶縁膜を成膜する。ステップＳ２１３（電極形
成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステ
ップＳ２１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打
ち込む。ステップＳ２１５（レジスト処理）ではウエハ
に感光剤を塗布する。ステップＳ２１６（露光）では上
記説明したＸ線露光装置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。ステップＳ２１７（現像）で
は露光したウエハを現像する。ステップＳ２１８（エッ
チング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取
る。ステップＳ２１９（レジスト剥離）ではエッチング
が済んで不要となったレジストを取り除く。
【００８２】これらのステップ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を形成する。
【００８３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アライメントマークを用いた位置検出の高速化を図れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態で利用可能なアライメントマークの
一態様を説明する図である。
【図２】第１の実施形態によるアライメント機構を備え
た露光装置の構成を説明するブロック図である。
【図３】図１のアライメントマーク（ＦＸＹ１〜４）が
形成されたウエハを示す図である。
【図４】第１の実施形態によるスコープＳＣをより詳細
に説明する図である。
【図５】ウエハ上のスクライブライン上に構成された図
１のアライメントマークをスコープＳＣによって観察し
た様子を示す図である。
【図６】横軸に光量をとり、縦軸にアライメントマーク
の計測再現性をとり、光量と計測再現性の関係を示した
図である。
【図７】第１の実施形態によるアライメント処理を説明
するフローチャートである。
【図８】第１の実施形態によるアライメント処理を説明
するフローチャートである。
【図９】第２の実施形態によるスコープＳＣをより詳細
に説明する図である。
【図１０】第２の実施形態によるアライメント処理を説
明するフローチャートである。
【図１１】露光装置に用いられる一般的なアライメント
機構の構成を説明するブロック図である。
【図１２】一般的なアライメントマークが形成されたウ
エハを示す図である。
【図１３】一般的なアライメント処理の概略の手順を説
明するフローチャートである。
【図１４】一般的なスコープＳＣのより詳細な構成を説
明する図である。
【図１５】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフ
ローを示す図である。
【図１６】図１５のウエハプロセスの詳細なフローを示
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２０Ｃ Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA07 AA14 BB02 BB28 CC19 DD06 FF01 FF04 GG04 HH04 HH10 JJ03 JJ05 JJ09 JJ26 LL00 LL02 LL24 LL36 MM03 NN03 NN12 PP12 QQ03 QQ36 QQ47 RR06 UU02 5F046 BA04 EA03 EA09 EB07 FA10 FA16 FB12 FC03 FC04

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定パターンの位置を検出する位置検出
    装置であって、 第１倍率で撮像する第１撮像系と、 前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像する第２撮像系
    と、 前記第１撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第１算出手段と、 前記第２撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第２算出手段と、を有し 前記第１及び第２撮像系より同タイミングで得られた各
    画像を用いて前記第１及び第２算出手段を実行させて前
    記所定パターンの位置を検出することを特徴とする位置
    検出装置。
  2. 【請求項２】 所定パターンの位置を検出する位置検出
    装置であって、 第１倍率で撮像する第１撮像系と、 前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像する第２撮像系
    と、 前記第１撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第１算出手段と、 前記第２撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第２算出手段と、 前記第１及び第２撮像系より同タイミングで得られた各
    画像を用いて前記第１及び第２算出手段を実行させ、該
    第１算出手段の算出結果に基づいて該第２算出手段の算
    出結果の有効性を判定する判定手段と、 前記判定手段により有効と判定された場合、前記第２算
    出手段で算出された位置を前記所定パターンの検出位置
    として出力する第１出力手段とを備えることを特徴とす
    る位置検出装置。
  3. 【請求項３】 前記判定手段により有効でないと判定さ
    れた場合、前記第１算出手段で算出された位置に基づい
    て前記所定パターンと前記第２撮像系との間の位置合わ
    せをする位置補正手段と、 前記位置合わせの後に前記第２撮像系を用いて撮像され
    た画像を用いて前記所定パターンの位置を算出する再算
    出手段と、 前記再算出手段によって算出された位置を前記所定パタ
    ーンの位置として出力する第２出力手段とを更に備える
    ことを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
  4. 【請求項４】 前記判定手段は、前記第１算出手段で算
    出された位置が予め決められた範囲内にある場合に、前
    記第２算出手段で算出された位置が有効であると判定す
    ることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載
    の位置検出装置。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２撮像系は夫々蓄積時間
    の設定が可能な光電変換素子を有し、 前記第１及び第２算出手段の各々は、 得られた画像に関して光量が所定範囲にあれば該画像に
    基づいて前記所定パターンの位置を算出し、 前記光量が所定範囲外であれば、当該撮像系の光電変換
    素子の蓄積時間をその光量に基づいて設定して再度撮像
    を行い、得られた画像に基づいて前記所定パターンの位
    置を算出することを特徴とする請求項３に記載の位置検
    出装置。
  6. 【請求項６】 前記再算出手段は、 前記第２撮像系より得られた画像に関して光量が所定範
    囲にあれば該画像に基づいて前記所定パターンの位置を
    算出し、 前記光量が所定範囲外であれば、該第２撮像系の光電変
    換素子の蓄積時間をその光量に基づいて設定して再度撮
    像を行い、得られた画像に基づいて前記所定パターンの
    位置を算出することを特徴とする請求項５に記載の位置
    検出装置。
  7. 【請求項７】 前記第１算出手段で用いた第１画像に基
    づいて、前記第２撮像系の光電変換素子の蓄積時間を設
    定する設定手段を更に備え、 前記再算出手段は、前記設定手段で設定された蓄積時間
    で前記第２撮像系による撮像を実行することを特徴とす
    る請求項５に記載の位置検出装置。
  8. 【請求項８】 前記第１撮像系と前記第２撮像系は対物
    部が共通で、光路を互いに切り換えなく分岐しそれぞれ
    の倍率で検出する様に構成されていることを特徴とする
    請求項１〜７のいずれかに記載の位置検出装置。
  9. 【請求項９】 複数のアライメントマークが設けられた
    基板の位置決めを行うための位置決め装置であって、 第１倍率で撮像する第１撮像系と、 前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像する第２撮像系
    と、 前記第１及び第２撮像系を用いてアライメントマークの
    位置を検出するマーク位置検出手段と、ここで該マーク
    位置検出手段は、 前記第１撮像系より得られた画像に基づいて前記アライ
    メントマークの位置を算出する第１算出手段、 前記第２撮像系より得られた画像に基づいて前記アライ
    メントマークの位置を算出する第２算出手段、 前記第１及び第２撮像系より同タイミングで得られた各
    画像を用いて前記第１及び第２算出手段を実行させ、該
    第１算出手段の算出結果に基づいて該第２算出手段の算
    出結果の有効性を判定する判定手段、及び前記判定手段
    により有効と判定された場合、前記第２算出手段で算出
    された位置を前記アライメントマークの検出位置として
    取得する取得手段を有し、 前記取得手段で取得されたアライメントマークの位置に
    基づいて前記基板を位置決めする位置決め手段とを備え
    ることを特徴とする位置決め装置。
  10. 【請求項１０】 前記マーク位置検出手段が、 前記判定手段により有効でないと判定された場合、前記
    第１算出手段で算出された位置に基づいて前記アライメ
    ントマークと前記第２撮像系との間の位置合わせをする
    位置補正手段と、 前記位置合わせの後に前記第２撮像系を用いて撮像され
    た画像を用いて前記アライメントマークの位置を算出す
    る再算出手段とを更に備え、 前記取得手段は、前記判定手段により有効でないと判定
    された場合には、前記再算出手段によって算出された位
    置を前記アライメントマークの位置として取得すること
    を特徴とする請求項９に記載の位置決め装置。
  11. 【請求項１１】 前記基板を搭載して移動するステージ
    と、 前記複数のアライメントマークのうちの所定数のアライ
    メントマークを前記マーク位置検出手段によって取得す
    る第１取得手段と、 前記第１取得手段によって得られた前記所定数のアライ
    メントマークの位置に基づいて前記基板とステージとの
    位置関係情報を取得する第２取得手段と、 前記所定数のアライメントマーク以外の残りのアライメ
    ントマークの各々について、前記第２取得手段で取得さ
    れた位置関係に基づいて前記第２撮像系による計測位置
    へアライメントマークが来るように前記ステージを移動
    し、該第２撮像系より得られた画像に基づいて位置を取
    得する第３取得手段とを更に備えることを特徴とする請
    求項１０に記載の位置決め装置。
  12. 【請求項１２】 前記位置関係情報は、前記ステージと
    前記基板との線形ずれ成分を含むことを特徴とする請求
    項１１に記載の位置決め装置。
  13. 【請求項１３】 前記第３取得手段は、前記線形成分を
    補正する際に、該線形成分をＸ，Ｙ方向の補正成分に分
    解し、前記ステージのＸ，Ｙ移動により、前記第２撮像
    系と前記アライメントマークを合わせることを特徴とす
    る請求項１２に記載の位置決め装置。
  14. 【請求項１４】 前記第１撮像系と前記第２撮像系は対
    物部が共通で、光路を互いに切り換えなく分岐しそれぞ
    れの倍率で検出する様に構成されていることを特徴とす
    る請求項９乃至１３のいずれかに記載の位置決め装置。
  15. 【請求項１５】 所定パターンの位置を検出する位置検
    出方法であって、 前記所定パターンを第１撮像系により第１倍率で撮像す
    る工程と、 前記所定パターンを第２撮像系により前記第１倍率より
    も高い第２倍率で撮像する工程と、 前記第１撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第１算出工程と、 前記第２撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第２算出工程と、を有し 前記第１及び第２撮像系より同タイミングで得られた各
    画像を用いて前記第１及び第２算出工程を実行させて前
    記所定パターンの位置を検出することを特徴とする位置
    検出方法。
  16. 【請求項１６】 第１倍率で撮像する第１撮像系と、前
    記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像する第２撮像系と
    を用いて所定パターンの位置を検出する位置検出方法で
    あって、 前記第１撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第１算出工程と、 前記第２撮像系より得られた画像に基づいて前記所定パ
    ターンの位置を算出する第２算出工程と、 前記第１及び第２撮像系より同タイミングで得られた各
    画像を用いて前記第１及び第２算出工程を実行させ、該
    第１算出工程の算出結果に基づいて該第２算出工程の算
    出結果の有効性を判定する判定工程と、 前記判定工程により有効と判定された場合、前記第２算
    出工程で算出された位置を前記所定パターンの検出位置
    として出力する第１出力工程とを備えることを特徴とす
    る位置検出方法。
  17. 【請求項１７】 前記判定工程により有効でないと判定
    された場合、前記第１算出工程で算出された位置に基づ
    いて前記所定パターンと前記第２撮像系との間の位置合
    わせをする位置補正工程と、 前記位置合わせの後に前記第２撮像系を用いて撮像され
    た画像を用いて前記所定パターンの位置を算出する再算
    出工程と、 前記再算出工程によって算出された位置を前記所定パタ
    ーンの位置として出力する第２出力工程とを更に備える
    ことを特徴とする請求項１６に記載の位置検出方法。
  18. 【請求項１８】 前記判定工程は、前記第１算出工程で
    算出された位置が予め決められた範囲内にある場合に、
    前記第２算出工程で算出された位置が有効であると判定
    することを特徴とする請求項１６または１７のいずれか
    に記載の位置検出方法。
  19. 【請求項１９】 前記第１及び第２撮像系は夫々蓄積時
    間の設定が可能な光電変換素子を有し、 前記第１及び第２算出工程の各々は、 得られた画像に関して光量が所定範囲にあれば該画像に
    基づいて前記所定パターンの位置を算出し、 前記光量が所定範囲外であれば、当該撮像系の光電変換
    素子の蓄積時間をその光量に基づいて設定して再度撮像
    を行い、得られた画像に基づいて前記所定パターンの位
    置を算出することを特徴とする請求項１７に記載の位置
    検出方法。
  20. 【請求項２０】 前記再算出工程は、 前記第２撮像系より得られた画像に関して光量が所定範
    囲にあれば該画像に基づいて前記所定パターンの位置を
    算出し、 前記光量が所定範囲外であれば、該第２撮像系の光電変
    換素子の蓄積時間をその光量に基づいて設定して再度撮
    像を行い、得られた画像に基づいて前記所定パターンの
    位置を算出することを特徴とする請求項１９に記載の位
    置検出方法。
  21. 【請求項２１】 前記第１算出工程で用いた第１画像に
    基づいて、前記第２撮像系の光電変換素子の蓄積時間を
    設定する設定工程を更に備え、 前記再算出工程は、前記設定工程で設定された蓄積時間
    で前記第２撮像系による撮像を実行することを特徴とす
    る請求項１９に記載の位置検出方法。
  22. 【請求項２２】 前記第１撮像系と前記第２撮像系は対
    物部が共通で、光路を互いに切り換えなく分岐しそれぞ
    れの倍率で検出する様に構成されていることを特徴とす
    る請求項１５乃至２１のいずれかに記載の位置検出方
    法。
  23. 【請求項２３】 第１倍率で撮像する第１撮像系と、
    前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像する第２撮像系
    とを用いて、複数のアライメントマークが設けられた基
    板の位置決めを行うための位置決め方法であって、 前記第１及び第２撮像系を用いて前記基板上のアライメ
    ントマークの位置を検出するマーク位置検出工程と、こ
    こで該マーク位置検出工程は、 前記第１撮像系より得られた画像に基づいて前記アライ
    メントマークの位置を算出する第１算出工程、 前記第２撮像系より得られた画像に基づいて前記アライ
    メントマークの位置を算出する第２算出工程、 前記第１及び第２撮像系より同タイミングで得られた各
    画像を用いて前記第１及び第２算出工程を実行させ、該
    第１算出工程の算出結果に基づいて該第２算出工程の算
    出結果の有効性を判定する判定工程、及び前記判定工程
    により有効と判定された場合、前記第２算出工程で算出
    された位置を前記アライメントマークの検出位置として
    取得する取得工程を有し、 前記取得工程で取得されたアライメントマークの位置に
    基づいて前記基板を位置決めする位置決め工程とを備え
    ることを特徴とする位置決め方法。
  24. 【請求項２４】 前記マーク位置検出工程は、 前記判定工程により有効でないと判定された場合、前記
    第１算出工程で算出された位置に基づいて前記アライメ
    ントマークと前記第２撮像系との間の位置合わせをする
    位置補正工程と、 前記位置合わせの後に前記第２撮像系を用いて撮像され
    た画像を用いて前記アライメントマークの位置を算出す
    る再算出工程とを更に備え、 前記取得工程は、前記判定工程により有効でないと判定
    された場合には、前記再算出工程によって算出された位
    置を前記アライメントマークの位置として取得すること
    を特徴とする請求項２３に記載の位置決め方法。
  25. 【請求項２５】 前記複数のアライメントマークのうち
    の所定数のアライメントマークを前記マーク位置検出工
    程によって取得する第１取得工程と、 前記第１取得工程によって得られた前記所定数のアライ
    メントマークの位置に基づいて前記基板と該基板を搭載
    するステージとの位置関係情報を取得する第２取得工程
    と、 前記所定数のアライメントマーク以外の残りのアライメ
    ントマークの各々について、前記第２取得工程で取得さ
    れた位置関係に基づいて前記第２撮像系による計測位置
    へアライメントマークが来るように前記ステージを移動
    し、該第２撮像系より得られた画像に基づいて位置を取
    得する第３取得工程とを更に備えることを特徴とする請
    求項２４に記載の位置決め方法。
  26. 【請求項２６】 前記位置関係情報は、前記ステージと
    前記基板との線形ずれ成分を含むことを特徴とする請求
    項２５に記載の位置決め方法。
  27. 【請求項２７】 前記第３取得工程は、前記線形成分を
    補正する際に、該線形成分をＸ，Ｙ方向の補正成分に分
    解し、前記ステージのＸ，Ｙ移動により、前記第２撮像
    系と前記アライメントマークを合わせることを特徴とす
    る請求項２６に記載の位置決め方法。
  28. 【請求項２８】 前記第１撮像系と前記第２撮像系は対
    物部が共通で、光路を互いに切り換えなく分岐しそれぞ
    れの倍率で検出する様に構成されていることを特徴とす
    る請求項２３乃至２７のいずれかに記載の位置決め方
    法。
  29. 【請求項２９】 請求項９乃至１４のいずれかに記載の
    位置決め装置と、 前記位置決め装置によりウエハの位置決めを行って、該
    ウエハの露光処理を実行する露光手段とを備えることを
    特徴とする露光装置。
  30. 【請求項３０】 請求項９乃至１４のいずれかに記載の
    位置決め装置により位置決めを行って露光処理を実行し
    た被露光体を用いてデバイスを製造することを特徴とす
    るデバイスの製造方法。
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