JP2006071395A - 較正方法及び位置合わせ方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度に物体を位置合わせする。
【解決手段】工具ウエハを搬送するロードスライダ上のマークの撮像結果P内における較正用基準点SpCT2と、その基準点SpCT2からの位置関係が既知な地点P1〜P6の位置情報を検出し、これらの地点の、設計上の位置関係と、撮像結果から得られる位置関係との違いに基づいて、そのマークを撮像する撮像装置の倍率、回転などの較正情報を例えば、最小二乗法などの統計的手法を用いて、精度良く算出する。
【選択図】図37
【解決手段】工具ウエハを搬送するロードスライダ上のマークの撮像結果P内における較正用基準点SpCT2と、その基準点SpCT2からの位置関係が既知な地点P1〜P6の位置情報を検出し、これらの地点の、設計上の位置関係と、撮像結果から得られる位置関係との違いに基づいて、そのマークを撮像する撮像装置の倍率、回転などの較正情報を例えば、最小二乗法などの統計的手法を用いて、精度良く算出する。
【選択図】図37
Description
本発明は、較正方法及び位置合わせ方法に係り、さらに詳しくは、物体を保持して搬送可能な搬送部材上に設けられた位置検出用マークを撮像する撮像装置の較正方法及び円板状の物体の少なくとも3つの外縁をそれぞれ撮像可能に配置された少なくとも3つの撮像装置の撮像視野内に前記物体の外縁を位置させるように、所定の2次元面内の物体の位置合わせを行う位置合わせ方法に関する。
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、「ウエハ」と総称する)上に転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッパ)や、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ)等の逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。
このような露光装置においては、ウエハ上に既に形成されているショット領域と、次に転写形成するショット領域との相対位置を最適化すべく、ウエハアライメントが行われており、そのウエハアライメントに先立って、ウエハ上にすでに形成されたウエハアライメント用のマークが、その検出系の捕捉範囲内(検出視野)に入るように、ウエハの位置及び回転を調整するいわゆるプリアライメントが行われている。
このプリアライメントにおいては、光源から発せられる照明光によってウエハを裏面(ショット領域が形成されていない面)から照明し、CCDカメラ等の撮像素子を有する検出光学系によりウエハの外形を例えば3箇所(そのうち1箇所は、ノッチ又はオリエンテーションフラット(以下、「ノッチ」と略述する)が含まれるようにする必要がある)検出し、その検出結果からウエハの中心位置及び回転に関する情報を算出し、その算出結果に基づいて、ウエハの中心位置及び回転がある程度調整されたうえで、ローディングポジションでのウエハのステージへの受け渡し等が行われる(例えば、特許文献1参照)。さらに、ステージがアライメント検出系の下方に移動した後、いわゆるサーチアライメントやウエハアライメントが行われ、このウエハアライメントの結果に基づいて、ステージが投影光学系を介した転写位置(即ち、ウエハの露光位置)に移動し、露光が行われる。
ところで、スループットを考慮すると、ローディングポジションと転写位置(又はアライメント位置)との間隔は短ければ短いほど良い。しかしながら、このローディングポジションと転写位置との間隔には制約がある。すなわち、ステージに対するウエハの受け渡し精度を考慮すると、プリアライメント時のウエハの姿勢を維持した状態でウエハを受け渡すために、プリアライメントが行われる位置とローディングポジションとをできるだけ近づけて配置する必要があるが、このような配置を採用すると、ローディングポジションの上方に配置される、プリアライメントを行う際にウエハのエッジを検出するために用いられる複数の光源や光学系と、転写位置の上方に配置される投影光学系とを、互いに干渉せずに設けるために、ローディングポジションと転写位置との間隔をある程度とらざるをえないのである。
このような背景から、ウエハを搬入する搬入アームにマークを形成しておき、搬入アームにウエハを保持させた状態で、そのマークとウエハとの相対位置関係を予め検出しておき、ウエハをロードする直前にはマークの位置情報だけを検出し、検出されたマークの位置情報と上記相対位置関係とに基づいてウエハの位置を推定し、その推定位置に基づいてウエハの受け渡し位置を調整する新方式のプリアライメントを行う技術が本出願人から提案されている(例えば特願2003−36395号)。この技術を採用すれば、ローディングポジションと転写位置とを接近させてスループットを飛躍的に向上させることができるようになるとともに、プリアライメント用の光源等を投影光学系から遠ざけることができるので、光源から発生する熱が投影光学系の光学特性に与える影響を低減することが可能となり、それらが露光装置内における転写位置近傍の雰囲気ガスの流れの障害とならないようにすることもできる。
しかしながら、上記技術を採用した場合には、プリアライメントを精度良く行うために上記マークを撮像する撮像装置が精度良く較正されている必要があるが、その具体的な較正方法が未だ提供されておらず、撮像装置の較正情報としては例えば設計値が用いられているのが実情であった。
特開平7−288276号公報
上記事情の下になされた本発明は、第1の観点からすると、物体を保持して搬送可能な搬送部材上に設けられた位置検出用マークを撮像する撮像装置の較正方法であって、前記位置検出用マークを前記撮像装置により撮像する第1工程と;前記撮像の結果に基づいて、前記位置検出用マーク内の基準地点を特定する第2工程と;設計上の位置関係が既知である、前記基準地点と前記位置検出用マーク内の同一直線上にない少なくとも3つの地点との位置関係を、前記撮像の結果に基づいて検出する第3工程と;前記検出の結果と、前記設計上の位置関係とに基づいて、前記撮像装置の較正情報を算出する第4工程と;を含む較正方法である。
これによれば、位置検出用マーク内の基準地点と、その基準地点との位置関係が既知な地点との位置関係の実測値を、撮像装置の撮像結果から得て、その実測値を用いて、高精度に撮像装置の較正情報を検出することができる。
本発明は、第2の観点からすると、物体を保持して所定の2次元面内を搬送可能な搬送部材上に設けられた位置検出用マークを撮像する第1撮像装置の撮像の結果と、前記搬送部材に保持された前記物体の異なる領域をそれぞれ撮像する少なくとも3つの第2撮像装置の撮像の結果とを用いて前記2次元面内における前記物体の位置合わせを行う位置合わせ装置の較正方法であって、前記搬送部材が前記物体を保持した状態で、前記第1撮像装置により前記位置検出用マークを撮像するとともに、前記各第2撮像装置により前記搬送部材に保持された前記物体の少なくとも一部に形成された較正用マークを撮像する第1工程と;前記撮像後に前記搬送部材を前記2次元面内の所定方向に所定距離だけ移動させる第2工程と;前記移動後に前記第1撮像装置により前記位置検出用マークを撮像するとともに、前記較正用マークを前記各第2撮像装置により撮像する第3工程と;前記第1工程での撮像の結果と前記第3工程での撮像の結果とに基づいて、前記物体の位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系と、前記位置検出用マークの位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系との回転ずれ量を検出する第4工程と;を含む較正方法である。
これによれば、基準物体を搬送する搬送部材の搬送前後における、搬送部材上の位置検出用マークの撮像結果と、前記物体上の較正用マークの撮像結果とに基づいて、物体の位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系と、位置検出用マークの位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系との回転ずれ量を、実際のマークの撮像結果から精度良く検出することができる。
本発明は、第3の観点からすると、ほぼ円板状の物体の少なくとも3つの外縁をそれぞれ撮像可能に配置された少なくとも3つの撮像装置の撮像視野内に前記物体の外縁を位置させるように、所定の2次元面内の物体の位置合わせを行う位置合わせ方法であって、同一直線上にない少なくとも3つのマークをそれぞれ含む少なくとも3つの較正用マークがその外縁部に形成されており、かつ、前記物体と略同一形状である基準物体を、前記2次元面内で移動可能かつ回転可能なテーブル上に保持する第1工程と;前記少なくとも3つの撮像装置のそれぞれの撮像視野のうち、前記テーブルの回転中心から見てほぼ直交する方向に位置する2つの撮像視野内に、それぞれ対応する前記較正用マークが同時に入るまで、前記テーブルの位置を調整する第2工程と;を含む位置合わせ方法である。
これによれば、前記少なくとも3つの撮像装置のそれぞれの撮像視野のうち、テーブルの回転中心から見てほぼ直交する方向に位置する2つの撮像視野内に物体上の較正用マークが入るまで、テーブルの位置を調整する。この2つの撮像視野は、テーブルの回転中心から見て直交する方向に位置しているので、一方の撮像視野に較正用マークを入れるべく物体を移動させたときに、物体の外縁部が他方の撮像視野内から外れにくくすることができ、かつ、残りの撮像装置の撮像視野にも、前記物体の外縁部が収まっている蓋然性を高くすることができる。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図41(B)に基づいて説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係る露光装置100の一部(特に露光装置本体)の縦断面図が概略的に示されている。この露光装置100は、クリーンルーム内に設置された本体チャンバ14と、図1における該本体チャンバ14の紙面左側に隣接するように設置された搬送チャンバ15とを備えている。本体チャンバ14及び搬送チャンバ15は、互いの開口14A,15Aを介して内部空間が連結されている。
本体チャンバ14内には、露光装置本体の大部分が収納されている。露光装置本体は、不図示の照明系の少なくとも一部、マスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光学系PL、物体としてのウエハWを保持可能なステージとしてのウエハステージWST、アライメント検出系AS及びこれらの制御系としての主制御装置20等を含んで構成されている。主制御装置20は本体チャンバ14及び搬送チャンバ15の外部に配置されている。
露光装置本体は、前記投影光学系PLを中心に構成されている。そこで、以下では、図1における紙面内上下方向、すなわち投影光学系PLの光軸AXの方向をZ軸方向(紙面下側を正とする)とし、図1における紙面左右方向をY軸方向(紙面左側を正とする)とし、図1における紙面直交方向をX軸方向(紙面手前側を正とする)として説明を行う。
投影光学系PLの−Z側(上方)に位置するレチクルステージRSTは、レチクルRを、例えば真空吸着又は静電吸着等により吸着保持する。レチクルステージRSTは、そのXY平面内の位置情報が不図示の干渉計等により検出されており、検出された位置情報に基づいて、主制御装置20の指示の下、例えば不図示のリニアモータ等によって、照明系の光軸(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面(Z軸回りの回転を含む)内で少なくとも微小駆動可能に構成されている。このレチクルステージRSTに保持されたレチクルRに描かれた回路パターンが、不図示の照明系からの露光光ILにより照明されると、その回路パターン上に、ほぼ均一な照度の照明領域が形成される。
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ている。投影光学系PLとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率(例えば1/4又は1/5)を有する屈折光学系が使用されている。このため、露光光ILによってレチクルRの照明領域が形成されると、このレチクルRを通過した露光光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(倒立像)が、投影光学系PLの下方(+Z側)に配置されたウエハステージWSTに吸着保持されたウエハW上のその照明領域と共役な領域に形成される。この領域を露光領域ともいう。
ウエハステージWSTは、リニアモータ、ボイスコイルモータ(VCM)等を含む不図示のウエハステージ駆動部により、ウエハベース17上をXY平面内(Z軸回りの回転方向θz方向を含む)及びZ軸方向に移動可能であり、XY平面に対する傾斜方向(X軸回りの回転方向(θx方向)及びY軸回りの回転方向(θy方向))にも微小駆動可能となっている。また、ウエハステージWSTのXY平面内での位置(Z軸回りの回転(θz回転)を含む)は、複数の測長軸を有するウエハレーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」と略述する)18によって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されている。ウエハ干渉計18によって検出されたウエハステージWSTの位置情報(又は速度情報)は主制御装置20に供給される。主制御装置20は、ウエハステージWSTの位置情報(又は速度情報)に基づいて、不図示のウエハステージ駆動部を介してウエハステージWSTの位置(又は速度)を制御する。この制御により、ウエハステージWSTは、図1に示されるように、実線で示される投影光学系PL直下の露光位置(投影光学系PLを介したパターンの転写位置)から、2点鎖線(仮想線)で示されるウエハWの受け渡し位置、すなわちローディングポジションまで少なくとも移動可能となっている。
図1に示されるように、ウエハステージWSTの中央部近傍には、点線で示されるセンタテーブルCTが配設されている。ウエハステージWSTに対しウエハWをロード又はアンロードする際には、このセンタテーブルCTが、不図示の駆動機構により駆動され、ウエハWの中央部を下方から吸着保持した状態で上下動する。なお、センタテーブルCTは、その先端に形成された、真空吸着あるいは静電吸着による円板状の吸着部によってウエハWを吸着保持するものとする。このセンタテーブルCTの駆動も、主制御装置20の指示の下で行われる。
投影光学系PLの+Y側側面近傍には、オフアクシス方式のアライメント検出系ASが設けられている。このアライメント検出系ASとしては、例えばディジタル画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系のセンサが用いられている。このアライメント検出系ASの撮像結果は、主制御装置20に出力されている。
主制御装置20は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆるマイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含んで構成され、装置全体を統括して制御する。また、主制御装置20には、例えばキーボード,マウス等のポインティングデバイス等を含んで構成される入力装置及びCRTディスプレイ(又は液晶ディスプレイ)等の表示装置、ハードディスクから成る記憶装置が、外付けで接続されている。これらの入力装置、表示装置、記憶装置はいずれも不図示としている。
上記構成要素を備える露光装置本体を有する露光装置100は、ウエハWをウエハステージWSTに搬送する搬送系と、その搬送系により搬送されるウエハWのプリアライメントを行うプリアライメント系とをさらに備えている。露光装置100においては、本体チャンバ14内に、ウエハWの搬送系の一部であるロードスライダ50と、プリアライメント系の一部であるマーク検出系42とが設けられている。
ロードスライダ50は、真空吸着又は静電吸着等によりウエハWを保持可能である。ロードスライダ50は、ウエハWを保持したまま、後述する搬送機構により、本体チャンバ14と搬送チャンバ15との間を、開口14A,15Aを通過しつつ、Y軸方向に移動可能である。搬送チャンバ15内でウエハWを受け取ったロードスライダ50は、−Y方向に移動して、図1に示されるように、本体チャンバ14内のウエハステージWSTのローディングポジション上方に移動する。そして、ロードスライダ50と、ローディングポジションに位置するウエハステージWSTに設けられたセンタテーブルCTとの協調動作により、ウエハステージWSTへのウエハWのロードが実現される。
また、ロードスライダ50には、光をZ軸方向に透過させる光透過部(図1では不図示)が設けられている。その光透過部の−Z側の表面上には、XY平面内の2次元位置(回転含む)検出用のマークとしてのマーク50Mが形成されている。ロードスライダ50及びマーク50Mの詳細については後述する。
このマーク検出系42は、ロードスライダ50がローディングポジション上方に位置するときのそのロードスライダ50上のマーク50Mの位置に対向する位置(すなわちマーク50Mの上方)に配置されている。マーク検出系42は、マーク50Mを含むXY平面内の領域を撮像するために、その領域を照明する光源と、2次元CCDカメラ等とを備えている。マーク検出系42では、その光源からの照明光に対する反射光を2次元CCDカメラ等で受光し、いわゆる落射照明式でマーク50Mを撮像する。マーク検出系42は、投影光学系PL等の露光装置本体を支持する不図示の構造体に固定されているので、投影光学系PL等との位置関係は一定であり、その撮像視野の原点のXY平面内の位置は、常に一定である。したがって、XY座標系とカメラの撮像視野によって規定される座標系、すなわちカメラ座標系とは常に一定である。マーク検出系42によるマーク50Mの撮像結果(ディジタル2次元画像データ)は、主制御装置20に送られる。
図2には、ウエハWの搬送系及びプリアライメント系を中心とした露光装置100の一部の横断面図が概略的に示されている。ウエハWの搬送系は、フロントオープニングユニファイドポッド(Front Opening Unified Pod:以下、「FOUP」と略述する)27からウエハWを取り出すロードロボット92と、該ロードロボット92からロードスライダ50へのウエハWの受け渡しの中継を行い、その中継の間にウエハWに対するプリアライメントを行うプリアライメントステージ52と、該プリアライメントステージ52上に搭載されたターンテーブル51と、前述のロードスライダ50と、該ロードスライダ50をY軸方向に駆動するY駆動機構60と、露光済みのウエハWをウエハステージWSTからアンロードするためのアンロードスライダ62と、該アンロードスライダ62からウエハWを受け取るアンロードロボット93とを含んで構成されている。
FOUP27は、例えば特開平8−279546号公報に開示された搬送コンテナと同様のものであり、一方の面のみにウエハWを出し入れ可能な開口部が設けられ、該開口部に開閉可能な扉(蓋)が取り付けられた開閉型のコンテナ(密閉型のウエハカセット)である。このFOUP27の中には、ウエハWが複数枚上下方向に所定間隔を隔てて収納されている。このFOUP27は、不図示のFOUP搬送装置により、図2に示される位置にセッティングされる。このセッティングにより、搬送チャンバ15に配設されたFOUP27用の開口15Bが上記FOUP27の開口部と連結され、その開口部の扉が開かれた状態では、該開口部及び開口15Bを介してFOUP27内部のウエハWを搬送チャンバ15内に搬入可能となっている。
前記ロードロボット92は、そのアームの先端にウエハWを吸着保持して搬送可能な、水平多関節ロボットであり、主に、FOUP27からプリアライメントステージ52へのウエハWの搬送、アンロードロボット93からの露光済みのウエハの回収を行う。ロードロボット92の姿勢制御は、主制御装置20の指示の下、ロードロボット92の関節等に組み込まれた不図示の回転モータ等の駆動により行われる。
前記プリアライメントステージ52は、XY平面内を移動可動なステージである。このプリアライメントステージ52は、Y軸方向に関し、ロードスライダ50へのウエハWの受け渡しが可能な位置と、ロードロボット92によるウエハWの受け渡しが可能な位置との間の移動が少なくとも可能となるように構成されている。プリアライメントステージ52の制御は、主制御装置20の指示の下、図2に示されるようなリニアモータ等の駆動機構の駆動により行われる。図2では、ロードスライダ50へのウエハWの受け渡しが可能な位置にあるプリアライメントステージ52が示されている。
前記ターンテーブル51は、このプリアライメントステージ52の−Z側の表面上略中央部に配設されており、所定範囲で上下動可能で、かつウエハWを保持してZ軸に平行な回転軸を中心に自転可能なテーブルである。このターンテーブル51の−Z側の端面には、真空吸着あるいは静電吸着等により、ウエハWを吸着保持するための円板状のウエハ吸着保持面が設けられており、ターンテーブル51の自転により、この吸着保持面に吸着保持されたウエハWを回転させることが可能である。この回転及び上下動は、主制御装置20の指示の下、不図示の駆動機構の駆動により行われる。
なお、プリアライメントステージ52のXY位置及びターンテーブル51の回転位置及びウエハ吸着保持面(ウエハW)の高さなどに関する情報は、不図示の位置検出センサによって検出され、主制御装置20に送られている。主制御装置20は、その情報に基づいて、プリアライメントステージ52のXY位置、ターンテーブル51の位置(回転位置、Z位置)を制御する。
ロードスライダ50は、図2に示されるように、搬送チャンバ15側から本体チャンバ14側にまたがってY軸方向に延びるY駆動機構60に接続されている。ロードスライダ50は、主制御装置20の指示の下、Y駆動機構60の駆動により、搬送チャンバ15と本体チャンバ14との間をY軸方向に移動(スライド)可能であり、搬送チャンバ15に移動してターンテーブル51上に保持されたウエハWを受け取り、−Y側に移動して、ローディングポジション上方にウエハWを搬送する。図2においては、ローディングポジション上方、すなわちマーク検出系42によりマーク50Mを検出可能な位置にロードスライダ50が位置している様子が示されている。
図3(A)には、ロードスライダ50の上面図が示されている。図3(A)に示されるように、ロードスライダ50では、X軸方向に延びるアーム部の−X側端部近傍に、光透過部50Aが形成されており、その光透過部50Aの−Z側表面の略中央部に、マーク50Mが形成されている。さらに、ロードスライダ50では、載置する物体を吸着保持するための吸着機構がそれぞれ設けられた一対の指部が設けられている。この一対の指部は、アーム部の一端と他端に連結されており、安定した状態でウエハWを搬送すべく、−Z側から見て互いにウエハWの中心を挟んだ状態でウエハWを吸着保持可能に構成されている。ロードスライダ50では、ターンテーブル51や、センタテーブルCTとのウエハWの受け渡しを行う必要があるため、この一対の指部の間隔は、ターンテーブル51やセンタテーブルCTの円板状の吸着保持面の直径よりも大きくなるように設定されている。
また、後述するように、プリアライメント系では、ウエハWの中心位置及び回転量を算出すべく、ウエハWの少なくとも3箇所のエッジ位置を検出するために、ロードスライダ50上に保持されたウエハWの外縁の一部を、−Z側から撮像する。図3(A)では、後述するプリアライメント装置45によって撮像対象となるウエハWの5つのエッジを含む領域が、それぞれ領域VA〜VEとして示されている。すなわち、ウエハWの中心に対して、+Y方向を6時方向とし、+X方向を3時方向とすると、6時(領域VA)、7時半(領域VB)、4時半(領域VC)、3時(領域VD)、1時半(領域VE)の方向のウエハWのエッジを含む領域が撮像対象の領域となる。この撮像は、いわゆる透過照明で行われるため、ロードスライダ50の一対の指部は、それぞれ透過照明領域(領域VA〜VE)を、避けるように配設されている。
なお、このように撮像対象となる領域は、上述したように計5箇所であるが、実際には、ウエハWのノッチが6時方向である場合には、6時、7時半、4時半の3つの領域VA,VB,VCが撮像され、ウエハWのノッチが3時方向である場合には、3時、4時半、1時半の3つの領域VD,VC,VEが撮像されるようになる。すなわち、同一のウエハに対して、5箇所の領域がすべて撮像されることはない。以下では、この領域VA〜VEを、「撮像視野VA〜VE」とも呼ぶものとする。
図3(B)の斜視図に示されるように、ロードスライダ50におけるアーム部と各指部との間の連結部は、Z軸方向にずれており、アーム部と各指部との高さが異なるように設計されている。このアーム部と指部とのZ軸方向の間隔は、ウエハWの厚みよりも十分に広くなるように規定され、アーム部と各指部とを連結する連結部同士のX軸方向の間隔は、ウエハWの直径よりも十分に広くなるように規定されている。したがって、ロードスライダ50を、Y軸方向から見ると、アーム部と各指部とそれらの連結部とでウエハWを囲むような空間が形成されているように見える。これにより、ロードスライダ50は、Y駆動機構60による駆動で、例えばターンテーブル51上に保持されたウエハWに干渉することなくY軸方向に移動することができるようになる。
図4には、マーク50M周辺の拡大図が示されている。図4に示されるように、ガラスから成る光透過部50Aの中央部に形成されたマーク50Mは、2つのマーク領域として、領域Ar1と、領域Ar2を有している。領域Ar1は、さらに3つの領域に分割されている。この3つの領域のうちの−X側及び+X側の領域には、Y軸方向を配列方向とし、Y軸方向に関する位置情報を計測可能な形状を有するパターンとしてのライン・アンド・スペース(以下、「L/S」と略述する)・パターンLSyが配置されており、中央の領域には、X軸方向を配列方向とし、X軸方向に関する位置情報を計測可能な形状を有するパターンとしてのL/SパターンLSxが配置されている。
なお、L/SパターンLSx,LSyでは、ライン部が、クロム蒸着により遮光部として形成されており、スペース部が光透過部となっているが、その逆であっても良い。いずれにしても、ライン部とスペース部とは、マーク50Mを撮像したときの撮像結果(グレイ画像)における輝度が異なるように設定されている。したがって、マーク50Mを撮像すれば、撮像結果中のそのライン部に対応する部分とスペース部に対応する部分とを容易に識別することが可能となる。このことにより、L/SパターンLSx(又はL/SパターンLSy)の少なくとも一部の領域の画像から、その一部の領域の輝度分布に関するいわゆる鏡映対称性(反転対称性)が最大となる位置を、その領域の中心X(Y)位置として求めることができる。すなわち、L/SパターンLSx及びL/SパターンLSyは、ライン・アンド・スペース・パターンであるので、その少なくとも一部の領域を抽出すればその領域の位置情報を計測することができる形状となっている。
図4に示されるように、このうち、L/SパターンLSyは、互いにL/SパターンLSxを挟むように2つ配置されているが、2つのL/SパターンLSxがL/SパターンLSyを挟むように配置されていても良い。
なお、このL/SパターンLSx,LSyのライン部とスペース部のデューティ比は1:1であり、それぞれの間隔は、マーク検出系42の1画素に対する位置計測精度が、例えば1/100pixel程度となるように規定されている。
また、領域Ar2もさらに2つの領域SL,SRに分割されている。各領域SL,SRには、それぞれマークm0〜m5が設けられている。各領域SL,SRでは、このマークm0〜m5が、遮光部(クロム部)となっており、その他の部分が光透過部となっているが逆でも良い。マークm0〜m5は、矩形マーク又は小さい矩形マークの組合せマークであり、それぞれがY軸方向に沿って等間隔に配置されている。領域Ar2における領域SLとSRとでは、マークm0〜m5の配置順序が同一となっている。すなわち、マークm0〜m5は、Y軸方向に−Y側から、m1,m4,m2,m4,m3,m4,m0,m5,m3,m5,m2,m5,m1の順に、等間隔で配列されている。
このうち、マークm0は、マーク50MのY軸方向に関する中心を示すマークとしているため、中心にのみ配置されている。また、マークm4は、マーク50MのY軸方向に関して中心より上側(−Y側)にのみ配置されており、マークm5は、その中心より下側(+Y側)にのみ配置されている。残りのマークm1,m2,m3は、マークm0,m4,m5の間に挟まれるように、マーク50MのY軸方向の中心から、マークm3,m2,m1の順に配置されている。
ここで、マークm0〜m5の幾つかのマークの組合せを1つのマークとして捉える。例えば、図4に示されるように、マークm1,m4,m2の組合せから成るマークを、破線内に示される1つのマークT1とみなすことができる。このように、上記マークm0〜m5のうちの3つのマークの組合せを1つのマークとして捉えれば、それらの組合せマークを、上記領域Ar2から抽出することができる。すなわち、図5に示されるような11個のマークが抽出される。これらのマークを、それぞれマークT1〜T11とする。
各マークT1〜T11は、それぞれ種類が異なるので、マーク検出系42の視野がマーク50Mのどの辺りを指しているかを示す指標パターンとして作用する。例えば、その視野内にマークT1が入っていれば、マーク検出系42が、マーク50Mの−Y側端部近傍を捉えているということがわかる。以下では、このマークT1〜T11を指標パターンT1〜T11と呼ぶものとする。また、指標パターンT1〜T11は、領域SL,SRについて、Y軸方向について、等間隔に一列に配置されているので、Y軸方向の位置を特定するための目盛マークとして作用する。指標パターンT1〜T11が示す目盛の一例が、以下の表1に示されている。
また、図4には、マーク検出系42等の撮像視野fvが示されている。指標パターンT1〜T11は、X軸方向に関して、マーク50Mの中心付近に配置されているので、マーク検出系42の撮像視野が、マーク50Mの領域内にある場合、その撮像視野fv内に、指標パターンT1〜T11のうちの少なくとも1つのパターンが含まれるようになる。したがって、その指標パターンを撮像結果から検出することにより、撮像視野fvが、マーク50Mのどの辺りを捉えているのかを把握することが可能となる。なお、撮像視野fvが、マーク50Mのどの部分を捉えるかは、ロードスライダ50と、マーク検出系42との位置関係によって決まる。したがって、撮像視野fvは、常に図4に示される位置にあるわけではない。
なお、この指標パターンT1〜T11は、L/SパターンLSx,LSyとは、位置関係が既知であり、指標パターンT1〜T11のうちのいずれか1つのパターンの位置情報が検出されていれば、その位置情報からL/SパターンLSx,LSyの概略位置を把握することができるようになっている。
図2に戻り、前記アンロードスライダ62は、ロードスライダ50の下方(+Z側)を、Y軸方向に移動(スライド)可能に構成されている。このアンロードスライダ62は、露光が終了したウエハWをウエハステージWSTからアンロードする際に、ウエハWを保持して上昇したセンタテーブルCTからウエハWを真空吸着等による吸着により受け取って、+Y側に移動し、ウエハWの受け渡し位置に移動する。このアンロードスライダ62の駆動も、主制御装置20の指示の下、不図示の駆動機構の駆動により行われる。
前記アンロードロボット93は、その受け渡し位置で、アンロードスライダ62からウエハWを受け取り、例えばロードロボット92にウエハWを受け渡す水平多関節ロボットである。このアンロードロボット93の姿勢制御も、主制御装置20の指示の下、アンロードロボット93の関節等に組み込まれた不図示の回転モータ等の駆動により行われる。
すなわち、本実施形態では、ロードロボット92、ロードスライダ50、プリアライメントステージ52(ターンテーブル51を含む)、Y駆動機構60、アンロードスライダ62、アンロードロボット93などにより、ウエハWの搬送系が構成されている。
図7には、プリアライメント系の構成を概略的に示す斜視図が示されている。図7では、ロードロボット92とのウエハWの受け渡し位置(これを「第1位置」とする)にあるプリアライメントステージ52が2点鎖線(仮想線)で示され、ロードスライダ50とのウエハWの受け渡し位置(これを「第2位置」とする)にあるプリアライメントステージ52が実線で示されている。
このプリアライメント系は、照明装置81A〜81G1,G2と、2つのラインセンサ83A,83Bと、プリアライメント装置45とを備えている。これらは、第1位置及び第2位置の上方に配置された不図示の架台の天板上に、あるいは天板から吊り下げた状態で、プリアライメントステージ52や、ロードスライダ50の移動と干渉することがないように、支持されているものとする。ただし、照明装置81Aについては、その天板ではなく、プリアライメントステージ52上に形成されているものとする。
前記照明装置81G1,81G2それぞれは、プリアライメントステージ52が第1位置にあるときに、ターンテーブル51上に保持されたウエハWの外縁の一部を+Z側から照明するように配置されている。前記ラインセンサ83A,83Bそれぞれは、これら照明装置81G1,81G2からの照明光を、ウエハWの上方で受光する。これにより、第1位置にあるプリアライメントステージ52のターンテーブル51上に保持されたウエハWのエッジを、ラインセンサ83A,83Bで検出することが可能となる。その検出結果は、主制御装置20に送られる。
前記照明装置81A〜81Eは、プリアライメントステージ52が第2位置にあるときに、例えば、ターンテーブル51(又はロードスライダ50)に保持されたウエハWにおける図3(A)に示される撮像視野VA〜VEに対応する外縁を+Z側からそれぞれ照明する。なお、この照明装置81Aの配設位置は、プリアライメントステージ52上に限られるものではなく、例えば、図3(A)に示される撮像視野VAに、退避/進入可能に不図示の天板に回転可能に吊り下げ支持されたL字状部材の端部に配設されるようにしても良い。このようにすれば、プリアライメントステージ52が、第1位置と第2位置との間を移動する際には、その部材を回転させて照明装置81Aを退避させておき、プリアライメントステージ52が第2位置に移動した後で、+Z側から領域VAを照明可能な位置に照明装置81Aを進入させ、照明装置81AによりウエハWを照明することができる。
上記Y駆動機構60は、第2位置よりも+Y側に延びているので、ロードスライダ50は、プリアライメントステージ52が第2位置にあるときに、その位置(点線で示される位置)まで+Y側にスライドしてターンテーブル51上に保持されたウエハWを受け取ることが可能となっている。図7では、前述のように、第2位置上方に進入したロードスライダ50が2点鎖線(仮想線)で示されている。ロードスライダ50は、この位置で、ターンテーブル51よりウエハWを受け取る。
前記照明装置81Fは、ロードスライダ50が、ウエハWを受け取った後、ロードスライダ50上のマーク50M付近を+Z側から照明する。マーク50M近傍は前述のように光透過部50Aとなっているため、照明装置81Fからの照明光は、ロードスライダ50を透過し、プリアライメント装置45に至る。なお、プリアライメント装置45には、照明装置81A〜81Fからの照明光を透過させる光透過部45A〜45Fが設けられており、各照明光を内部に取り入れることができるようになっている。
プリアライメント装置45は、照明装置81A〜81Fからの照明光を受光することにより、ウエハWのエッジ部(視野VA〜VE内のエッジ)やマーク50Mを撮像する。この撮像結果は、主制御装置20に送られる。本実施形態では、マーク50Mにおける撮像視野の大きさを、図4に示されるマーク検出系42の撮像視野fvと同一とし、これを撮像視野VFとする。このように、照明装置81A〜81FによってウエハWを+Z側から照明し、プリアライメント装置45によって−Z側から撮像視野VA〜VE内の領域を撮像すれば、その撮像結果において、ウエハWに相当する部分は暗部として、ウエハWでない部分は明部として撮像されるようになる。このようにすれば、その撮像結果からコントラストを際立たせた状態でウエハWの外形を精度良く認識することができるようになる。なお、プリアライメント装置45の構成は、視野VA〜VF内の領域の撮像が可能であれば、特に制限はない。
図8には、本実施形態におけるウエハの搬送系及びプリアライメント系に関連する制御系のブロック図が示されている。図8に示されるように、ウエハWの搬送系及びプリアライメント系の制御系は、主制御装置20を中心に構成されている。図8では、主制御装置20より紙面左側に検出(撮像)に用いられる構成要素が示され、紙面右側には搬送動作やプリアライメントの結果によるウエハWの位置制御に用いられる構成要素が配置されている。各構成要素の機能(構成及び個々の動作)はすでに説明したとおりである。なお、図8においては、ラインセンサ83A,83Bがラインセンサ83としてまとめられており、照明装置81A〜81G1、81G2が照明装置81としてまとめられている。
このように構成されたプリアライメント系では、プリアライメント装置45及びマーク検出系42の撮像結果から、ウエハWのエッジやマーク50Mの位置情報を検出する必要がある。しかしながら、プリアライメント装置45の個々の撮像視野や、マーク検出系42の撮像視野によって規定される座標系は、XY座標系と完全に一致するわけではなく、それぞれの取り付け具合によって若干のずれが生じる。図9には、本実施形態におけるプリアライメントに関連する各種座標系が示されている。プリアライメントにおいては、まず、ウエハWの位置合わせを行うための基準となる座標系を規定する必要がある。プリアライメントは、ウエハステージWSTのウエハWの位置合わせをウエハWのエッジの撮像結果に基づいて行うので、この基準の座標系は、プリアライメント装置45の撮像視野に基づいて決定される。すなわち、例えば、ウエハWのノッチが6時方向である場合には、領域VA,VB,VCに対応する撮像視野の位置関係によって規定される座標系をプリアライメントの基準座標系とし、ウエハWのノッチが3時方向である場合には、領域VC,VD,VEに対応する撮像視野の位置関係によって規定される座標系をプリアライメントの基準座標系とする。以下では、この基準座標系を「ウエハ座標系」と呼ぶこととし、ウエハWのノッチが6時方向に向いている場合についてのみ説明することとする。
図9には、このウエハ座標系としての座標軸であるXW軸及びYW軸が示されている個々の視野VA,VB,VCによって規定されるいわゆる個々のカメラ座標系は、このウエハ座標系に対してそれぞれオフセット成分SA(SAx,SAy),SB(SBx,SBy),SC(SCx,SCy)、回転成分θCA,θCB,θCC、倍率成分MCA(MCAx,MCAy),MCB(MCBx,MCBy),MCC(MCCx,MCCy)を有している。本実施形態では、較正用のマークが設けられた後述する工具ウエハWs(ガラスウエハ)を用いた較正処理によって、これらの成分を算出する。
同様に、プリアライメント装置45が撮像視野VFによって規定される座標系を「プリ2TAカメラ座標系」と呼び、この座標系のウエハ座標系に対する回転成分をθT2とし、倍率をMCT2(MCT2x,MCT2y)とする。同様に、マーク検出系42の撮像視野によって規定される座標系を「プリ3カメラ座標系」と呼び、この座標系のウエハ座標系に対する回転成分をθT3とし、倍率をMCT3(MCT3x,MCT3y)とする。これらの回転成分θT2,θT3等の値も、上述した工具ウエハを用いた較正処理により求める。以降、本実施形態では、回転量(すなわち角度)を表す変数は、−Z方向に対して右ねじが回る方向を回転方向とする回転量を正とし、反対方向の回転量を負であるものとしている。
なお、ウエハ座標系に対するプリ2LAカメラ座標系の原点位置及びプリ3カメラ座標系の原点位置は明らかではない。そこで、本実施形態では、後述するように、工具ウエハWSを搬送したときのマーク50Mによって規定されるマーク座標系を設定する。このマーク座標系に関しては、プリ2TAカメラ座標系、プリ3カメラ座標系に対する回転をそれぞれθCT2,θCT3とし、倍率をウエハ座標系と同じで、MCT2(MCT2x,MCT2y),MCT3(MCT3x,MCT3y)とする。ウエハW搬送時のマーク50Mの位置は、そのマーク座標系を基準として決定される。
上述のように露光装置本体、搬送系及びプリアライメント系が構成された本実施形態の露光装置100により、露光処理を行う際の動作について、主制御装置20内のCPUの処理手順を示す図10〜図22のフローチャート及び図23〜図41(B)に沿って説明する。
なお、前提として、図10のサブルーチン101を実行する前には、プリアライメントステージ52等の各ウエハ搬送系、マーク検出系42や、ラインセンサ83A,83B、各照明装置81A〜81G1,81G2の機械的な取り付け位置も、適切に調整されているものとし、更に図10のサブルーチン103を実行する前(上記サブルーチン101を実行した後)は、上述の較正処理もすでに行われているものとする。
また、後述する各ステップでは、主制御装置20が、上記搬送系やプリアライメント系等に対して指示を与えるが、その指示伝達経路については上述した通りであるので、詳細な説明は行わないものとする。主制御装置20は、その搬送系やプリアライメント系等からの応答などにより、指示した動作が完了したことが確認されるまで待ち、次のステップに進まないものとする。
また、FOUPに格納されているウエハのうち、ロードロボット92によって最初に取り出されるウエハは、図23に示される工具ウエハWSであるものとする。この工具ウエハWSは、円形のガラス基板であり、その表面上に、クロム蒸着により、第1基準マークFSMa,FSMb,FSMc,FSMd,FSMe及び第2基準マークSSMa,SSMb,SSMc,SSMdが形成されたウエハである。
第1基準マークFSMa,FSMb,FSMc,FSMd,FSMeは、そのマーク中心位置が、ウエハ座標系(XW,YW)において、基準ウエハWSの6時方向、7時半方向、4時半方向、3時方向、1時半方向の外縁部の表面上に描画して形成されている。
第1基準マークFSMa,FSMb,FSMc,FSMd,FSMeは、それぞれ形状及び大きさが同一な基本マークFSMによって形成されている。図24には、基本マーク(第1マーク)FSMの一例が示されている。紙面横方向を列方向(列が並ぶ方向)とし、紙面縦方向を行方向(行が並ぶ方向)とする。矩形の蒸着部である長方形状の基本マーク(第1マーク)FSM内には、5行3列のマトリクス状に配置された合計15個の非蒸着部としての較正用マークPRMが形成されている。各較正用マークPRMは、互いの位置関係が明らかとなっており(既知であり)、プリアライメント装置45の各撮像視野VA〜VEで基本マークFSM内を撮像した場合に、同一直線上にない少なくとも3つの較正用マークがその撮像視野内に同時に収まるように配置されている。
較正用マークPRMは、それぞれが、所定の線幅を有する4辺によって形成された矩形状のマークであるが、各較正用マークPRMは、2次元の位置座標を検出可能なマークであればよい。
また、基本マーク(第1マーク)FSM内には、15個の較正用マークPRMとは別に、非蒸着部によって形成される位置特定用マークとしてのユニークマーク(第2マーク)UM1〜UM4が設けられている。ユニークマークUM1〜UM4は、図24に示される他のマークとは形状及び大きさの少なくとも一方が異なっているユニークなマークであり、各較正用マークPRMとの設計上の位置関係が明らかとなっているマークである。ユニークマークUM1〜UM4は、プリアライメント装置45等で少なくとも3つの較正用マークPRMを撮像した場合に、その少なくとも3つの較正用マークPRMと、ユニークマークUM1〜UM4のうちのいずれか1つのマークとが必ずそのカメラの撮像視野内に同時に収まるように配置されている。
なお、本実施形態では、基本マークFSM内における、較正用マークPRM、ユニークマークUM1〜UM4を非蒸着部とし、その他の部分を蒸着部としたが、較正用マークPRM、ユニークマークUM1〜UM4を蒸着部とし、その他の部分を非蒸着部としても良い。
また、図24に示されるように、基本マーク(第1マーク)FSMの周辺の3箇所には、較正用マークPRMの概略位置を検出するための検出用マークとしての大ずれマーク(第3マーク)RM1、RM2、RM3が、基本マークFSMを囲むように形成されている。すなわち、大ずれマークRM1〜RM3は、互いに識別可能であるように、形状が異なっている(大ずれマークRM1と大ずれマークRM2とは、4辺の線幅が異なっている)。従って、撮像により、大ずれマークRM1〜RM3のいずれかを検出すれば、各較正用マークPRMの概略位置を検出することができるようになっている。
図23に戻り、第2基準マークSSMa,SSMb,SSMc,SSMdそれぞれは、基準ウエハWSの表面において、XW軸又はYW軸に平行な四辺を有する矩形の頂点位置に形成されている。また、第2基準マークSSMa,SSMb,SSMc,SSMdは、2次元ラインアンドスペースマーク等の様な、その2次元位置を精度良く検出することが可能な2次元マークである。
なお、工具ウエハは、上記構成のものに限らず、ウエハの中心にマークが設けられているようなものであっても良い。
図25(A)〜図25(C)、図26(A)、図26(B)には、第1基準マークFSMa〜FSMeが示されている。各図に示されるように、第1基準マークFSMa〜FSMeには、それぞれ複数の較正用マークPRMが設けられており、複数の較正用マークの位置と、工具ウエハWSの6時半、4時半、7時半、3時、1時半のエッジ位置との位置関係が既知となっている。例えば図25(A)〜図25(C)、図26(A)、図26(B)に示されるように、基本マークFSM中の中央の較正用マークPRMの位置が工具ウエハWSの6時半、4時半、7時半、3時、1時半のエッジ位置となるように配置されている。したがって、第1基準マークFSMa〜FSMeのうち、少なくとも3つのマークをプリアライメント装置45により撮像し、その撮像結果から各マークに含まれる較正用マークPRMの位置情報を検出すれば、工具ウエハWSの中心位置を検出することができるようになる。また、各較正用マークPRM同士の位置関係も前述のように明らかなので、これらの撮像結果より得られるそれらの位置関係と、設計上の位置関係とから、プリアライメント装置45の各撮像視野での較正情報を検出することもできる。
まず、図10のサブルーチン101では、プリアライメント系の較正を行う。図11には、サブルーチン101のフローチャートが示されている。このサブルーチン101では、図11に示されるように、まず、ステップ201において、ロードロボット92に対し、ウエハ(工具ウエハWS)の搬入を指示する。ロードロボット92は、例えばFOUP27に格納されていた工具ウエハWSを取り出して搬送し、ターンテーブル51上に載置する。ターンテーブル51は、載置された工具ウエハWSを吸着保持する。
次のステップ203では、プリアライメントステージ52を第2位置に移動させ、工具ウエハWSの位置調整を行うサブルーチン205に進む。図27(A)、図27(B)には、ターンテーブル51上に保持された工具ウエハWSと、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VEとの関係が示されている。図27(A)では、ターンテーブル51の回転中心と、工具ウエハWSの中心とが一致している場合が示され、図27(B)に示されるように、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VE内に、ウエハWのエッジ(第1基準マークが存在するエッジ)を捉えている。この状態であれば、プリアライメント装置45により、工具ウエハWS上の第1基準マークを全て撮像することができる。しかしながら、図27(B)に示されるように、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VE内に第1基準マークを捉えることができていない場合には、キャリブレーションを実施することができない。そこで、サブルーチン205では、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VE内に工具ウエハWSのエッジを捉えることができるように、工具ウエハWSの位置を調整する。
図12には、サブルーチン205の処理を示すフローチャートが示されている。図12に示されるように、まず、ステップ301において、3時方向の撮像視野VD内の画像データを取得する。次のステップ303では、その画像データを解析して、撮像視野VD内に、第1基準マークFSMdが入っているか否かを確認する。前述のように、ここでは、クロムパターンと光透過部とから成る第1基準マークFSMdが、透過照明によって撮像されるので、第1基準マークFSMdが撮像視野VD内に入っているか否かは、画像全体の明度に基づいて判断することができる。撮像視野VDに第1基準マークFSMdが入っていれば、画像全体の明度が低くなるからである。この判断が肯定されれば、ステップ307に進み、否定されればステップ305に進む。ここでは、判断が否定され、ステップ305に進むものとして話を進める。ステップ305では、プリアライメントステージ52をX軸方向に微動させ、ステップ301に戻る。
なお、第1基準マークFSMdが撮像視野VDから外れていても、大ずれマークRM1がテンプレートマッチングなどの画像処理により検出された場合には、その大ずれマークの検出位置を参考にして、ステップ305におけるプリアライメントステージ52のX軸方向の位置の調整を行うようにすることができる。
以降、ステップ303において判断が肯定されるまで、ステップ301→ステップ303→ステップ305の処理が繰り返し実行される。これにより、撮像視野VD内に、第1基準マークFSMdが入るような状態に、工具ウエハWSが位置するようになる。
ステップ303での判断が肯定された後、次のステップ307では、撮像視野VAの画像データを取得する。次のステップ309では、撮像視野VA内に第1基準マークFSMaが入っているか否かを判断する。この判断は、上記ステップ303と同様な方法で行われる。この判断が肯定されればステップ313に進み、否定されればステップ311に進む。ここでは、判断が否定されたものとして話を進める。ステップ311では、プリアライメントステージ52をY軸方向に微動させ、ステップ307に戻る。なお、このステップ311においても、大ずれマークRM1が検出された場合には、その検出位置に基づいて、プリアライメントステージ52の位置を調整することができる。
このように、ステップ305において判断が肯定されるまで、ステップ307→ステップ309→ステップ311の処理が繰り返し実行される。これにより、撮像視野VA内に、第1基準マークFSMaが入るような状態に、工具ウエハWSが位置するようになる。
上記ステップ301〜ステップ311の処理では、撮像視野VD内に第1基準マークFSMdが入るように、かつ、撮像視野VA内に第1基準マークFSMaが入るように、プリアライメントステージ52を互いに独立な座標軸方向であるX軸方向又はY軸方向に微動させることにより、工具ウエハWSの位置をラフに調整する。この撮像視野VD及び撮像視野VAは、ターンテーブル51の中心から見て、直交する2つの方向(すなわち+X方向及び+Y方向)に位置している。また、ステップ305、ステップ311におけるプリアライメントステージ52の調整方向は、互いに独立な直交した方向である。したがって、一方の方向への調整が、他方の方向への調整に影響を与えることがないので、工具ウエハWSの位置合わせを容易に行うことができる。
また、図3(A)に示されるように、撮像視野VAはX軸方向に長く、撮像視野VDはY軸方向に長い。したがって、この2つの撮像視野VA、VD内の画像を用いて工具ウエハWSの位置を調整すれば、一旦、撮像視野VD内に第1基準マークFSMdが位置している状態で、第1基準マークFSMaが撮像視野VA内に収まるようにプリアライメントステージ52をY軸方向に微動させても、そのときの工具ウエハWSの移動によって較正用マークFSMdが撮像視野VDから外れにくくすることができる。本実施形態では、このステップ301〜ステップ313における一連の工具ウエハWSのX軸方向、Y軸方向の微調整を「追い込み」とよび、そのX軸方向及びY軸方向の調整回数を「追い込み回数」と呼ぶ。
ステップ309において判断が肯定された後、次のステップ313では、「追い込み回数」が終了したか否かを判断する。この追い込み回数には、通常2以上の値が設定される。ここでは、まだ追い込み回数が1回であるので、判断は否定され、ステップ315に進む。
なお、このステップ303、ステップ309における判断においては、撮像視野VA,VD内における第1基準マークFSMa,FSMdが存在するか否かを判別するための判別領域を、撮像視野VA、VDよりも狭く規定している。図28には、一例として、プリアライメント装置45の撮像視野VAが示され、その中の判別領域が斜線で示されている。この判別領域は、撮像視野VAの中央付近に設定される。以降、第1基準マークFSMaが視野内に捉えられているか否かは、この判別領域内の画像に基づいて判断される。このようにすれば、第1基準マークFSMd,FSMaを、撮像視野VD,VAの中央付近に位置させるように調整することが可能となる。
そして、ステップ303における判断が肯定されるまで、ステップ301→ステップ303→ステップ305の処理・判断が繰り返され、ステップ309における判断が肯定されるまで、ステップ307→ステップ309→ステップ311の処理・判断が繰り返される。さらに、ステップ313では、予定の追い込み回数が、終了したか否かを判断する。ここでは、予定追い込み回数が2回であるものとし、判断が肯定され、ステップ317に進むものとして話を進める。
次のステップ317では、プリアライメントステージ52のXY位置を計測する。ここで計測される位置が、後々のプリアライメントステージ52の基準位置となる。次のステップ319では、全撮像視野(撮像視野VA〜VE)の画像を取得する。
次のステップ321では、撮像視野VA〜VEのうち、少なくとも3つの撮像視野に第1基準マークが入っているか否かを判断する。この判断も、上記ステップ303、ステップ309と同様に、画像全体の明度に基づいて判断することができるが、この判断に用いられる判別領域としては撮像視野全体の領域であるものとする。この判断が肯定されればステップ323に進み、否定されればステップ327に進む。ステップ327では、オペレータに対する外部インタフェースである表示装置にアラーム表示を行うとともに、工具ウエハWSをアンロードロボット93によりアンロードするエラー処理を行い、その後、処理を強制終了する。強制終了後、オペレータは、表示装置の表示を確認しつつ、目視等で、エラーの原因調査を行い、装置の調整を行う。ここでは、少なくとも3つの撮像視野に第1基準マークが入っており、判断が肯定されステップ323に進むものとして話を進める。なお、以降の本明細書中の説明において出てくる「エラー処理」も、本ステップ327で説明したエラー処理と同様の処理を行うものとする。
ステップ323では、第1基準マークを捉えていると判断された撮像視野内での画像データに基づいて工具ウエハWSの中心位置を算出する。この具体的な算出方法については後述する。ステップ325では、上記ステップ323で算出された工具ウエハWSの中心位置に基づいて、その中心位置が、現在のターンテーブル51の回転中心の位置に位置するように、プリアライメントステージ52の位置を調整する。ステップ325終了後は、図13のステップ401に進む。
ステップ401では、上記ステップ325(図12)でのプリアライメントステージ52の位置調整に伴う移動距離が、所定距離d以内であるか否かが判断される。この判断が否定されればステップ403に進み、肯定されればステップ409に進む。ここで、プリアライメントステージ52の移動距離が大きいということは、ターンテーブル51の回転中心と、工具ウエハWSの中心とのずれが大きいことを意味している。ここでは、プリアライメントステージ52の移動量が所定距離dよりも大きく、判断が否定されステップ403に進むものとして話を進める。
ステップ403では、ロードスライダ50に工具ウエハWSを受け渡し、ステップ405では、プリアライメントステージ52を元の基準位置に戻し、ステップ407では、ロードスライダ50に保持された工具ウエハWSを、プリアライメントステージ52上に受け渡す。これにより、工具ウエハWSの中心と、ターンテーブル51の回転中心とがほぼ一致するようになる。
ステップ401で判断が肯定された後、又はステップ407終了後は、ステップ409に進む。ステップ409では、全撮像視野VA〜VEにおける画像データを取得し、ステップ411では、3つ以上の撮像視野に第1基準マークが存在するか否かを判断する。この判断が否定されれば、ステップ427に進み、上記ステップ327と同様のエラー処理を行って処理を強制終了し、判断が肯定されれば、ステップ413に進む。強制終了後、オペレータは、表示装置の表示を確認しつつ、目視等でエラーの原因の調査を行い、その調査結果に基づいて装置調整を行う。
ステップ413では、第1基準マークを捉えていた撮像視野における撮像結果に基づいて、工具ウエハWSの少なくとも3つのエッジ位置を算出し、工具ウエハWSの中心位置を算出する。工具ウエハWSのエッジ位置は、第1基準マーク中の少なくとも3つの較正用マークPRMの位置を、テンプレートマッチングなどや、輝度値のX軸方向の積算値の鏡映対称性相関度演算を行うことにより検出することができる。なお、この時点では、まだ各撮像視野におけるプリアライメント装置45の撮像視野VA〜VEにおけるカメラ座標系とウエハ座標系とのオフセット、倍率、回転などの較正情報は求められていないので、ここでは、それらの値として、設計値を用いるものとする。
次のステップ415では、工具ウエハWSの中心位置の位置ずれ量が所定距離d’以内であるか否かを判断する。d’は、上記dよりも小さくなるように設定されている。この判断が肯定されれば、図14のステップ501に進み、否定されればステップ417に進む。ここでは、判断が否定され、ステップ417に進むものとして話を進める。
ステップ417では、調整回数が終了したか否かを判断する。ここでの「調整回数」とは、ステップ403〜ステップ407における工具ウエハWSの載せかえによる工具ウエハWSの位置の調整の回数である。その予定調整回数は、予め設定されており、ここでは、実際の調整回数が、その予定調整回数となったか否かで判断する。ここで、判断が肯定されれば、ステップ427に進み、エラー処理を行って強制終了するが、判断が否定されれば、ステップ419に進む。ステップ419では、工具ウエハWSの中心位置を調整する。ステップ419終了後は、ステップ401に戻る。
以降、ステップ415における判断が肯定され、図14のステップ501に進むか、図13のステップ411における判断が否定され又はステップ417における判断が肯定されてエラー処理が行われるまで、ステップ401〜ステップ419における処理・判断が繰り返し実行される。
図14のステップ501では、再び、全撮像視野VA〜VEの画像データを取得する。次のステップ503では、全撮像視野VA〜VE内における第1基準マーク内の較正用マークPRMが全て含まれているか否かを例えばテンプレートマッチング等により判断する。この判断が肯定されれば図15のステップ601に進み、否定されればステップ505に進み、ターンテーブル51を所定の微小回転量だけ回転させる。
図29(A)には、ステップ505における微小回転の前後における、撮像視野VD内における第1基準マークFSMaの撮像結果が示されており、図29(B)には、ステップ503におけるテンプレートマッチング等に用いられるテンプレートパターンの一例が示されている。図29(A)左側に示される回転前の画像データに対し、図29(B)に示されるテンプレートパターンを用いてテンプレートマッチングを行った場合、このテンプレートパターンに対し最も相関性の高い部分は、点線で示される部分となる。この部分は、撮像視野VAに完全に収まっていないので、ステップ503における判断は否定され、ステップ505に進んで、ターンテーブル51を所定の微小回転量だけ回転させる。例えば、図29(A)に示される場合、テンプレートパターンとの相関性が最も高い部分は、撮像視野VAに対し−X側にずれているので、ターンテーブル51を反時計回りに回転させればよい。この回転により、例えば図29(A)に示されるように、撮像視野VD内における画像データとして、図29(A)の右側に示される回転後の画像データが得られるようになり、この画像に対してテンプレートマッチングを行うと、図29(B)に示されるテンプレートパターンと最も相関性が高い部分は、撮像視野VA内に位置するようになる。この場合、ステップ503における判断は肯定され、図15のステップ601に進むようになる。
ステップ503では、他の撮像視野VA〜VC、VEの画像データに対しても同様のテンプレートマッチングを行う。図25(B)、図25(C)、図26(A)、図26(B)には、これらのテンプレートマッチングに用いられるテンプレートパターンと同形の第1基準マークFSMb〜FSMeが点線で示されている。なお、テンプレートパターンに、ユニークマークに相当するパターンは含まれている必要はない。
次のステップ507では、上記ステップ505で回転させたターンテーブル51の合計回転量が所定回転量Θを超えたか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ529に進み、上記ステップ327と同様のエラー処理を行って処理を強制終了し、判断が否定されればステップ509に進み、再び全撮像視野VA〜VEの画像データを取得する。
次のステップ511では、3つ以上の撮像視野に第1基準マークが有るか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ515に進み、否定されればステップ529に進み、エラー処理を行って処理を強制終了する。ここでは、判断が肯定され、ステップ515に進むものとして話を進める。
ステップ515では、上記ステップ509で取得された画像から、工具ウエハWSの少なくとも3つのエッジ位置を検出し、そのエッジ位置に基づいて中心位置を検出する。次のステップ517では、プリアライメントステージ52の位置ずれ量が所定の距離d’以内にあるか否かを判断する。その判断が肯定されればステップ519に進み、否定されればステップ501に戻る。ここでは、判断が肯定され、ステップ519に進むものとして話を進める。次のステップ519では、プリアライメントステージ52の位置を調整し、ステップ521では、プリアライメントステージ52の位置からの移動距離が、所定距離dの範囲内であるか否かを判断する。この判断が否定されればステップ523に進み、肯定されればステップ501に戻る。ここでは、判断が否定され、ステップ523に進むものとして話を進める。ステップ523では、ロードスライダに工具ウエハWSを受け渡し、ステップ525では、プリアライメントステージ52の位置を元の基準位置に戻し、ステップ527では、ロードスライダ50からプリアライメントステージ52に工具ウエハWSを戻す。ステップ527終了後は、ステップ501に戻る。
以降、ステップ503において判断が肯定されるまで、又は、ステップ507で判断が肯定され又はステップ511で判断が否定されるまで、ステップ501〜ステップ527、ステップ501〜ステップ517、又はステップ501〜ステップ521の処理・判断が繰り返し実行される。
すなわち、ステップ501〜ステップ527においては、第1基準マークの較正情報の算出に用いられる較正用マークPRMが、すべての撮像視野内に含まれているか否かをチェックし、含まれていないと判断された場合には、ターンテーブル51を回転させる。そして、その際に、改めて工具ウエハWSの中心位置を算出し、中心位置の位置ずれ量が大きければ、プリアライメントステージ52をXY平面内で移動させ、工具ウエハWSの中心位置を調整する。この調整に伴い、プリアライメントステージ52の中心位置が基準位置から大幅にずれた場合には、工具ウエハWSの載せ替えを行う。
ステップ503における判断が肯定された後行われる図15のステップ601では、上記ステップ503におけるテンプレートマッチングの結果に基づいて、視野内にユニークマークが入っているか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ607に進み、否定されればステップ603に進む。ここでは判断が否定されたものとして話を進める。次のステップ603では、撮像視野内に入れるためのプリアライメントステージ52のX軸、Y軸方向の移動量を算出し、次のステップ605では、算出された移動量だけ、プリアライメントステージ52の位置を調整する。
ステップ605終了後又はステップ601で判断が肯定された後、ステップ607において、再び、全撮像視野VA〜VEの画像データを取得する。そして、ステップ609において、全撮像視野VA〜VE内にユニークマークが有るか否かを判断する。この判断が肯定されれば、サブルーチン205を終了するが、否定されればステップ611に進む。
ステップ611では、ユニークマークの検出回数が予定検出回数に達したか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ617に進み、エラー処理を行った後強制終了し、判断が否定されればステップ613に進む。
ステップ613では、全撮像視野VA〜VEの画像を取得して、ステップ615では、全撮像視野VA〜VEの画像データ内に第1基準マークの中の較正情報の算出に必要な較正用マークPRMが全て存在するか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ601に戻り、否定されればステップ617に進んで、エラー処理を行い処理を強制終了する。すなわち、ステップ611において判断が肯定されるか、又は、ステップ615における判断が否定されるまで、ステップ601〜ステップ615の処理・判断が繰り返し実行される。
このように、全撮像視野VA〜VE内にユニークマークが有る状態に、工具ウエハWSの位置が調整されて、ステップ609における判断が肯定された場合、工具ウエハWSの位置が、撮像視野VA〜VEにおける較正情報を検出可能な位置に調整されたことになるので、サブルーチン205の処理を終了し、図11のステップ207に進む。
次のステップ207では、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VE内における工具ウエハWSの第1基準マークFSMa〜FSMeの撮像結果から、各撮像視野における較正情報の検出と、工具ウエハWSの中心位置の算出とを行う。この処理を、「工具ウエハプリ2TT較正及び計測」と呼ぶ。上述したように、第1基準マークFSMa〜FSMeは、直線上にない少なくとも3つの較正用マークPRMが形成されているので、これらの較正用マークPRMの位置の計測値と、それらの設計値とから、各撮像視野VA〜VEにおける、較正情報としての、位置オフセットSA(SAx,SAy)〜SE(SEx,SEy)、回転量θCA〜θCE、倍率MCA(MCAx,MCAy)〜MCE(MCEx,MCEy)を算出する。これらの較正情報は、不図示の記憶装置に格納される。
さらに、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VEのうちの3つの撮像視野VA〜VCのウエハ座標系に対するオフセット成分SA〜SC、回転成分θCA〜θCC、倍率成分MCA〜MCCを考慮して、透過照明により工具ウエハWSの3つのエッジ位置を撮像結果の輝度分布から検出し、その3つのエッジ位置から工具ウエハWSの回転量を検出する。そして、この回転量を、ターンテーブル51を回転させることによりキャンセルする。これにより、前述のように、ターンテーブル51上の工具ウエハWSのファイン回転調整が実現される。
次のステップ209では、ターンテーブル51からロードスライダ50への工具ウエハWSの受け渡しを行う。そして、次のステップ211では、受け渡し後に、再び、全撮像視野で撮像を行って、ユニークマークの位置が、受け渡し前と比べて、ユニークマークの位置が大幅にずれたか否かを判断する。この判断が肯定されれば、ステップ228に進み、エラー処理を行って強制終了し、判断が否定されれば、ステップ213に進む。
そして、ステップ213では、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VE内における工具ウエハWSの第1基準マークFSMa〜FSMeの撮像結果から、各撮像視野における較正情報の検出と、工具ウエハWSの中心位置の算出とを行う。この処理を、「工具ウエハプリ2LA較正及び計測」と呼ぶ。上述したように、第1基準マークFSMa〜FSMeには、少なくとも3つの較正用マークPRMが形成されているので、これらの較正用マークPRMの位置の計測値と、それらの設計値とから、各撮像視野VA〜VEにおける、位置オフセットSA(SAx,SAy)〜SE(SEx,SEy)、回転量θCA〜θCE、倍率MCA(MCAx,MCAy)〜MCE(MCEx,MCEy)を改めて算出する。主制御装置20は、上記ステップ217において不図示の記憶装置に格納された情報を、算出された情報に更新する。
そして、ウエハ座標系における工具ウエハWSの中心位置座標O(X0,Y0)及び回転量を算出する。ここでは、再び、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VCの撮像結果を取得し、この撮像結果に含まれる第1基準マークFSMa〜FSMcに基づいて、工具ウエハWSの3つのエッジ位置を検出し、3つのエッジ位置から工具ウエハWSの中心位置を算出する。このときのエッジ位置の算出に、各カメラ座標系の倍率、回転、オフセットが考慮されることはいうまでもない。図38(A)には、この「工具ウエハプリ2LA較正及び計測」において検出された、ウエハ座標系における工具ウエハWSの中心位置座標O(X0,Y0)が模式的に示されている。この中心座標O(X0,Y0)及び回転量は、不図示の記憶装置に格納される。以降の「工具ウエハプリ2LA較正及び計測」において検出されるウエハWの中心位置座標は、すべて、この位置座標Oを原点とした位置座標であるものとする。なお、「工具ウエハプリ2LA較正及び計測」において、工具ウエハWSは、ファイン回転調整が行われているため、「工具ウエハプリ2LA較正及び計測」において計測される工具ウエハWSの回転量は、通常ほぼ0となっている。
次のサブルーチン215では、プリアライメント装置45により、ロードスライダ50上のマーク50Mの位置を計測する。この計測を、「プリ2TA計測」と呼ぶ。図16には、サブルーチン215の処理を示すフローチャートが示されている。図16に示されるように、まず、ステップ701において、プリアライメント装置45の撮像視野VFに捉えられているマーク50Mを撮像する。この撮像により得られる画像データを、画像データPとする。以下では、この画像データPを適宜、画像Pともいう。ここでは、例えば、プリアライメント装置45の撮像視野fvが、図4に示される位置にあり、図31(A)に示されるような画像Pが得られたものとして話を進める。
図17には、サブルーチン705のフローチャート、すなわち、初期計測の手順を示すフローチャートが示されている。図17に示されるように、まず、ステップ801では、画像PについてY軸方向プロジェクションを行う。ここで、プロジェクションとは、画像における各画素の輝度値を積算していく積算処理のことをいい、Y軸方向プロジェクションでは、輝度値をY軸方向に積算する。ここでは、例えば図31(A)に示される画像Pにおける各画素での輝度値を、Y軸方向に積算していく。ここでいうY軸方向とは、プリ2TAカメラ座標系におけるY軸方向のことである。このようにすれば、プリ2TAカメラ座標系における各X位置に関する画素の輝度の加算値を求めることができる。この輝度値の加算値をX軸方向に並べていけば、図31(B)に示されるような、X軸方向に関する輝度の積算値の変化を示す波形(これを「プロジェクション波形」という)Wpが得られる。この画像は、透過照明によって得られたものであるため、図31(B)に示されるように、この画像より得られるプロジェクション波形Wpは、光透過部の面積が比較的大きい領域Ar2(指標パターン)に対応する部分が、領域Ar1(L/Sパターン)に対応する部分よりもその値が大きくなる。そのため、プロジェクション波形Wpは、マーク50Mの中心X位置付近を基準として上に凸な波形となる。上記プロジェクションが終了するとステップ803に進む。
図4に示されるように、マーク50Mは、そのX軸方向に関するマーク50Mの中心位置を通るY軸に平行な直線に対して線対称である。したがって、プリアライメント装置45の撮像視野VFがマーク50Mの中心を捉えていれば、その撮像結果の輝度の積算値であるプロジェクション波形Wpもそのマーク50Mの中心X位置に関して線対称となるはずである。したがって、線対称のマーク50Mに対して、その中心X位置を求めるには、その波形の反転対称性相関度を求めるのが有効である。その中心X位置は、その位置を基準として、その位置よりも左側の波形に対し、その位置よりも右側の波形をX軸方向に関して反転させて重ね合わせ、それらの相関度、いわゆる反転対称性相関度が最大となる位置の近傍に存在すると考えられるからである。そこで、このステップ803では、前記ステップ801で求めたプロジェクション波形WpについてのX軸方向に関する反転対称性相関度関数C(x)を算出する。
この反転対称性相関度関数C(x)を求める際には、その相関度を計算する範囲を規定する相関計算窓が用いられる。図32(A)には、その相関計算窓の一例として相関演算窓Winが示されている。相関計算窓Winの幅Rwは、図32(A)に示されるように、L/SパターンLSxが形成された領域と、プロジェクション波形における領域Ar2、すなわち指標パターンT1〜T11が形成された領域とに対応した部分が十分に含まれる大きさに設定されている。
相関計算窓Winの基準位置は、その窓の中央の位置であるものとする。反転対称性相関演算においては、この基準位置よりも左側の波形と、その基準位置よりも右側の波形をX軸方向に反転させた波形との相関性が演算される。
ここでは、相関計算窓Winの基準位置を、図32(B)に示される位置P1とし、その位置P1から図32(B)の矢印が示す向き(+X方向)に例えば1画素単位で移動させつつ、各基準位置での相関計算窓Win内における反転対称性相関度を求める。図32(C)には、このようにして求められた、反転対称性相関度関数C(x)の一例が示されている。
次のステップ805では、マーク50Mの概略中心X位置Xmを決定する。前述のように、マーク50MはX軸方向に関して線対称であるため、反転対称性相関度関数C(x)の値が最大となる位置が、マーク50Mの概略中心X位置Xmとして推定される。そこで、図32(C)に示されるように、反転対称性相関度関数C(x)の値が最大(この値をC(xm)とする)となるX位置Xmを、マーク50Mの概略中心位置として決定することができる。
以降の処理は、この概略中心位置Xmを基準として行われる。まず、この概略中心位置Xmを基準として、指標パターンT1〜T11を、テンプレートマッチングにより探索する。ところで、主制御装置20では、上記表1に示されるマーク50Mの各指標パターンT1〜T11のテンプレート画像データ(以下、「テンプレート」と略述する)を、不図示の記憶装置に記憶している。このテンプレート画像データをそれぞれテンプレートT1’〜T11’とする。このテンプレートT1’〜T11’としては、指標パターンT1〜T11の設計情報などから計算により求められたものとしても良いし、予め指標パターンT1〜T11を所定の撮像装置(例えばマーク検出系42など)で撮像することにより得られた撮像結果から抽出されたものとしても良い。
本実施形態では、まず、以下のステップ807、ステップ809において、そのテンプレートマッチングを行う範囲を制限する。まず、ステップ807では、上記ステップ805において決定された概略中心位置Xmに基づいて、テンプレートT1’〜T11’のマッチングを行うX軸方向の範囲を決定する。
指標パターンT1〜T11が存在する範囲は、マーク50Mの各寸法(設計値)から、ある程度予想することができる。図33(A)には、マーク50Mに関する各種寸法が示されている。ここで、マーク50MのX軸方向に関する中心を通る直線を、直線Lx0とする。また、このL/SパターンLSxと、領域Ar2との境界線を、直線Lx1とする。そして、この直線Lx0からL/SパターンLSxのX軸方向に関する両端までの距離の設計値をL1とする。また、このL/SパターンLSyと領域Ar2との境界線を、直線Lx2とする。そして、直線Lx0から直線Lx2までの距離の設計値をL2とする。指標パターンT1〜T11は、この直線Lx1と、直線Lx2との間に存在すると考えられる。そこで、本実施形態では、マーク50Mに基づいて予め決められた上記設計値L1,L2を用いて、X軸方向に関して、例えば、位置Xm−L2から、位置Xm−L1までを、テンプレートマッチングを行うX軸方向の範囲として決定する。なお、指標パターンT1〜T11は、X方向L/SパターンLSxに対し両側に対称に配置されているが、ここでは、片側の指標パターンT1〜T11のみを探索すれば足りるので、左側(−X側)の方だけを探索することとする。
次のステップ809では、テンプレートT1’〜T11’とのマッチングを行うY軸方向の範囲を決定する。本実施形態では、プリアライメント装置45及びマーク検出系42の撮像視野より大きいマーク50Mの位置情報を用いてプリアライメントを行うが、ロードスライダ50の位置制御の再現性を考慮すれば、検出されるマーク位置を、プリアライメント装置45の撮像視野の中心付近とすることが望ましい。したがって、指標パターンT1〜T11のうち、画像Pの中心近傍にある指標パターンを検出するのが望ましい。したがって、本実施形態では、テンプレートマッチングを行うY軸方向に関する範囲を、画像Pの中心付近の範囲とする。そこで、図33(A)に示されるように、画像Pを2等分する直線Ly0を設定する。そして、その直線Ly0から±Y方向へそれぞれ距離L3だけ離れた位置にある直線Ly1と、直線Ly2とを設定する。そして、直線Ly1と直線Ly2とに挟まれた範囲を、Y軸方向に関するテンプレートマッチングを行う範囲として決定する。
本実施形態では、上記表1及び図6にも示されるように、マーク50Mにおいては、Y軸方向に1.0mm間隔で指標パターンT1〜T11が配置されている。したがって、指標パターンの中心を検出するには、Y軸方向に関するテンプレートマッチングの範囲の大きさ(ここでは2×L3となる)を、少なくとも1.0mm以上とする必要がある。
以上の処理により、図33(A)に示されるX軸方向の範囲とY軸方向の範囲とで指定された領域が、テンプレートT1’〜T11’のマッチングを行う領域として決定される。直線Lx1と直線Ly1,Ly2との交点をそれぞれa、b、直線Lx2と直線Ly1,Ly2との交点をそれぞれc、dとすると、これら4つの交点a〜dを頂点とする長方形の内側の領域内で、テンプレートT1’〜テンプレートT11’の中心を動かしつつ、テンプレートマッチングが行われる。なお、この領域をマッチング領域MAと呼ぶこととする。
以下のステップ811〜ステップ823では、テンプレートマッチングを行い、マッチング領域MA内に含まれる指標パターンの種類及び位置を検出する。上記ステップ807、ステップ809で求めたマッチング領域MAには、11種類の目盛マークのテンプレートT1’〜T11’のうち、どのテンプレートに対応した指標パターンの中心が存在するかが未知であるため、ここでは、全てのテンプレートについてマッチングを行い、画像Pの中心近辺に存在する指標パターンT1〜T11の種類、位置を検出する。
そこで、次のステップ811では、テンプレートの種類を示すカウンタkの値(以下、「カウンタ値k」と略述する)を1に初期化する。
次のステップ813では、画像Pと、テンプレートTk’とのテンプレートマッチングを行う。このテンプレートマッチングでは、テンプレートTk’の中心を、マッチング領域MA内において例えば1画素ずつ移動させながら、テンプレートTk’と、画像PにおけるテンプレートTk’と重なる部分の画像との間で、次式で示される正規化相互相関度関数Crk(x,y)の式を用いて、その関数Crk(x,y)の値が最大になる位置Pkmaxを探索する。なお、次式では、x,yをテンプレートの中心位置とし、テンプレートTk’のX軸方向、Y軸方向の大きさをそれぞれtx,tyとし、テンプレートの所定の画素の輝度をT(i,j)とし、画像PのT(i,j)に対応する画素の輝度をI(x+i,y+j)としている。
全てのテンプレートT1’〜T11’のマッチングが終了すると、ステップ815での判断が肯定され、ステップ819に進む。
ステップ819では、ステップ813で求められた正規化相互相関値Crk(x,y)の最大値Crkmax(x,y)が、最大であったテンプレートTk’を選出する。この最大値をCrkmax’(x,y)とし、選出されたテンプレートTk’を、TkS’とする。例えば、マッチング領域MAが、図33(A)に示されるように選択されている場合では、図5に示されるテンプレートT7’が選出されるようになる。
ステップ821では、選出されたテンプレートの正規化相互相関の最大値Crkmax’(x,y)が、所定の閾値以上であるか否かを判断する。この判断が肯定された場合はステップ823に進み、否定された場合には、ステップ825に進む。ステップ825では、不図示の表示装置に、指標パターンが検出されなかった旨の表示を行い、露光装置100の各種動作を強制終了させる。強制終了後、オペレータは、表示装置の表示を確認しつつ、目視等で、原因調査を行い、装置調整を行う。
一方、ステップ823では、ステップ819で選出されたテンプレートTkS’に基づいて、マッチング領域MAの中心付近に存在する指標パターンの種類及び位置を決定する。例えば、図33(A)に示されるようなマッチング領域MAが選択されていた場合には、テンプレートT7’に対応する指標パターンT7が決定され、指標パターンT7の中心位置が、Pkmaxとして決定されることになる。
ステップ823の処理が終了すると、図18のステップ901に進む。ステップ901では、決定した指標パターン位置Pkmaxに基づいて、仮中心PTを決定する。図33(B)に示されるように、仮中心PTの決定には、マーク50Mにおける、X軸方向に関する指標パターンと中心位置との間の距離の設計値L4が用いられる。すなわち、前記指標パターン位置Pkmaxから+X方向にL4だけ隔てた点を仮中心PTとして決定する。
ステップ903では、L/SパターンLSxの矩形の計測範囲を決定する。このX軸方向計測範囲は、前記仮中心PTに基づいて複数の範囲が指定される。その数は予め決めておくことができ、例えば6つとする。
図33(C)には、一例として、仮中心PTに基づいて決定された、6つのX軸方向計測範囲が2点鎖線で示されている。ここでは、X軸方向に関して仮中心PTを中心とする所定幅の範囲が、L/SパターンLSxの計測範囲のX軸方向の大きさとして指定される。このX軸方向計測範囲のX軸方向の大きさは、L/SパターンLSxのX軸方向の幅の設計値よりも十分に大きな値とし、L/SパターンLSxの最も+X側及び最も−X側にあるライン部が、その計測範囲に必ず含まれるように設定される。X軸方向の計測範囲のY軸方向の大きさや、それぞれの間隔などについても、任意の大きさとすることができる。要は、各X軸方向計測範囲は、X軸方向に関する同一位置に、仮中心PTを中心として、L/SパターンLSxをX軸方向に完全に含むように配置されていれば良い。この6つのX軸方向計測範囲をそれぞれ計測範囲m(m=1〜6)で表すものとする。
ステップ905では、L/SパターンLSyの複数の矩形の計測範囲、すなわちY軸方向の計測範囲を仮決めする。このY軸方向の計測範囲についても、仮中心PTのY位置を中心とする範囲とし、X軸方向の大きさ、数は任意でよい。また、このY軸方向の計測範囲は、Y方向L/SパターンLSyを構成するラインが、所定の本数含まれるようにY軸方向の大きさが設定される。例えば、図34(A)に破線で示される5つのY軸方向の計測範囲は、L/SパターンLSyを構成するラインを12本含むように設定されている。この5つのY軸方向の計測範囲を計測範囲n(n=1〜6)とする。
ステップ907では、図34(B)に示されるように、ステップ903で決定した各X軸方向の計測範囲mのL/SパターンLSxに基づいて、そのX方向計測範囲mの代表点としてのその範囲の中心点(Xcm,Ycm)を決定し、各中心点の座標からX軸方向L/SパターンLSxの代表点に基づく最小二乗近似直線Lxを求める。
X軸方向の計測範囲m内のL/SパターンLSxの中心位置の決定は、L/SパターンLSxがX軸方向に関して線対称であることを利用して、L/SパターンLSx全体の反転対称性相関度及びL/SパターンLSxを構成する各ライン部の反転対称性相関度に基づいて行われる。以下、L/SパターンLSxにおける各計測範囲mの中心位置の決定方法について説明する。
まず、各計測範囲mに含まれる各画素(ピクセル)の輝度を、Y軸方向に加算し、それぞれの加算結果を示す1次元波形を求める。さらに、その1次元波形に対し、例えばディジタルフィルタリング処理の一種であるSINC補間を行い、離散データの波形である上記1次元波形における位置の検出精度を高める。そして、検出精度が高められた1次元波形に対して走査する所定幅の観察窓を用いた相関演算により、その1次元波形の軸方向位置に対する全体の鏡映(反転)対称性相関度を示す相関関数やL/SパターンLSxの各ライン部の反転対称性相関度を示す相関関数などを求め、各反転対称性相関度の相関関数同士を乗じてその相関度を示す波形を尖鋭なものとしたり、2次関数フィッティングを施したりして、検出精度を高めつつ、反転対称性(鏡映対称性)が最大となる位置を、その計測範囲内のL/SパターンLSxの中心位置(すなわちL/S位置)として検出する。
そして、このようにして求められた複数のX軸方向の計測範囲mの中心点に関する最小二乗近似直線Lxを求める。図34(C)には、この直線Lxの一例が示されている。
次のステップ909では、前記ステップ907で求めた、直線Lxの傾きAを算出し、この傾きAに基づいてマークの回転量θTR(=tan(1/A))を算出し、不図示の記憶装置に記憶する。次のステップ911では、前記ステップ909で求めた直線Lxの傾きAに基づく、L/SパターンLSyの計測範囲nの位置補正を行う。この位置補正を行うのは、Y軸方向に関する各計測範囲n相互間で、常にL/SパターンLSyを構成するライン群の中から、同一のライン群が含まれるようにするためである。
この位置補正は、前記ステップ909で得られた傾きAに基づいて行われる。具体的には、前記ステップ905において、図35(A)に示されるように、その中心が、仮中心Ptを通りX軸に平行な直線上に配置されるように仮決めされたY方向計測範囲nの中心点の位置を、仮中心PTを通り、傾きが1/Aである直線Ly’上に配置されるように、Y軸方向の計測範囲nを+Y方向又は−Y方向に移動させる。図35(B)には、この位置補正により、直線Ly’上に配置された、Y軸方向計測範囲が示されている。なお、ロードスライダ50は高精度に制御されているため、マーク50Mの実際の回転量は微小であるが、図34(A)〜図36(B)では、説明の便宜上、マーク50Mの回転を強調して図示している。
次のステップ913では、図36(A)に示されるように、ステップ911で決定した各計測範囲nの画像に基づいて、各画像範囲nの中心点(Xcn,Ycn)を決定する。Y軸方向の各計測範囲n内の中心点の決定は、上記ステップ907と同様の方法により行う。
次のステップ915では、最小二乗法を用いることにより、中心点(Xcn、Ycn)から、最小二乗近似直線Lyを決定する。図36(B)には、この2つの直線Lx,Lyが示されている。次のステップ917では、この2本の直線Lx,Lyの交点を算出し、その交点をマーク50Mの位置SpCT2(SpCT2x,SpCT2y)として決定する。以下では、このSpCT2が、較正処理の基準地点となる。また、直線Lx又は直線Lyの傾き、あるいは直線Lx,Lyの傾きの平均を、マーク50Mの回転量θCT2とする。
次のステップ919では、まず、較正用基準点SpCT2を基準とするX軸方向L/Sパターン両端の2つの矩形の計測範囲を決定する。この2つの計測範囲は、Y軸に沿った矩形の領域であるため、それらの左上の頂角の位置座標(以下、「左上座標」という)と、右下の頂角の位置座標(以下、「右下座標」という)とによって規定される。すなわち、−X側の計測範囲の右上座標LAは、(SpCT2x−PW−R/2,SpCT2y−PrW/2)として規定され、左下座標LBは、(SpCT2x−PW+R/2,SpCT2y+PrW/2)と規定される。また、+X側の計測範囲の左上座標RAは、(SpCT2x+PW−R/2,SpCT2y−PrW/2)と規定され、右下座標RBは、(SpCT2x+PW+R/2,SpCT2y+PrW/2)を指定することにより決定する。
ここで、(SpCT2x,SpCT2y)は、中心SpCT2の座標であり、PWは、マーク50Mの中心からX方向L/Sマークの両端のラインまでの距離の設計値であり、Rは、L/Sマークを構成するラインの幅であり、PrWは、後述する対称性相関度を算出する際にプロジェクションを行うY軸方向の範囲である。一例として、図37(A)には、この2つの計測範囲が二点鎖線で示されている。
そして、2つの計測範囲内の画像データについて、それぞれY軸方向のプロジェクションを行い、そのプロジェクション波形の鏡映対称度などが最大となるX位置をそれぞれ求める。そのX位置を通過するY軸方向に平行な直線をLx1、Lx2とする。図37(A)には、このようにして求められた直線Lx1,Lx2の一例が示されている。
次のステップ921では、まず、マーク中心SpCT2を通り、仮回転量θTRを有する直線を考慮し、その直線に基づいて、Y軸方向用L/Sパターン上での2つの計測範囲の範囲指定を行う。マーク中心SpCT2からY軸方向用L/Sパターンの最短距離にあるラインまでの距離をD_YLSとする。また、2つの計測範囲のX軸方向の範囲の幅をPWとし、Y軸方向の幅をLS_Rとする。2つの計測範囲は、右上座標をLA(SpCT2x−D_YLS−PW/2,SpCT2y−LS_R/2+D_YLS・sinθTR)とし、左下座標をLB(SpCT2x−D_YLS+PW/2,SpCT2y+LS_R/2+D_YLS・sinθTR)とする計測範囲と、右上座標をRA(SpCT2x+D_YLS−PW/2,SpCT2y−LS_R+D_YLS・sinθTR)とし、左下座標をRB(SpCT2x+D_YLS−PW/2,SpCT2y−LS_R+D_YLS・sinθTR)とする計測範囲として規定される。
ここで、LS_Rの大きさは任意に定めることができるが、ここではL/Sマークを構成するライン6本が十分含まれるように決められた設計値とする。一例として、図37(B)には、この2つの計測範囲が破線で示されている。そして、この2つの計測範囲に関し、ステップ905と同様の方法で画像処理を行うことにより、この2つの画像範囲の中心点を決定し、この2つの中心点を通る直線を、Y軸方向L/Sパターンの位置決め直線Ly1を決定する。
次のステップ923では、このようにして求められた直線Lx1、Lx2、直線Ly1の交点を、P1、P2とする。この交点P1、P2が、プリアライメント装置45の撮像視野VFにおける較正情報を検出するための点となる。本実施形態では、このステップ923において、較正情報を算出するための地点として、この交点P1,P2のほかに、4つの点P3,P4,P5,P6も併せて算出する。この4つの点P3〜P6の位置情報は、上述のようにして算出された指標パターンに隣接する指標パターン(すなわち指標パターンTk±1)のテンプレートマッチングにより得られた位置情報に基づいて、上述した交点P1,P2の算出方法と同様な方法により算出することができる。すなわち、上述したP1、P2の算出処理と平行して、P3〜P6の算出処理を行えば良い。
次のステップ925では、前記6つの地点P1〜P6及びマーク中心SpCT2に基づいて、カメラの倍率MCT2x,MCT2yとカメラ座標系でのマークの回転量θCT2とマーク50Mの位置(SCT2,SCT2)を決定する。以下、その決定手順について説明する。なお、本実施形態では、ステップ923において求められた地点の数が6には制限されず、3つ以上であればよいので、N点の地点が得られているものとして説明する。
まず、デフォルトのカメラ倍率Mについて仮決めをする。上述の2つの交点P1((PCT1x,PCT1y)とする)、P2((PCT2x,PCT2y)とする)を結ぶ直線の角度θp1を次式によって求める。
次に、プリ2TAカメラ座標系でのマーク中心位置SpCT2(SpCT2x,SpCT2y)を始点とし、地点PCT2i(i=1,2,3,…,N)を終点とするベクトルDCTi(dXCT2i,dYCT2i)を次式を用いて算出する。
ここで、カメラ倍率を次のように置く。
次のステップ927では、上記で求めたマークの回転量θCT2と、カメラ倍率MCT2x,MCT2yに基づいて、プリ2TAカメラ座標系でのマーク50Mの位置SCT2(SCT2x,SCT2y)を決定する。このマーク50Mの位置座標は次式で示されるようになる。
次のステップ929では、基準ウエハWSが保持されたロードスライダ50を例えば1mm程度微小駆動させ、ステップ931において、微小駆動後のプリ2TAカメラ座標系におけるマーク50Mの位置SpCT2’(SpCT2x’,SpCT2y’)を検出し、ステップ933において、ウエハ座標系での工具ウエハの領域VC内の較正用マークPRMの中心位置(WCR2(xCR2,yCR2)とする)を検出する。上記検出結果を用いてステップ935において、ウエハ座標系に対するプリ2TAカメラ座標系の回転量を次式から求める。なお、較正用マークPRMの計測は、領域VA内の較正用マークPRMでなく、他の領域、例えば領域VB,VCの較正用マークPRMについて行うことも可能である。
このように、ウエハ座標系に対するプリ2TAカメラ座標系の回転ずれ量の算出に、撮像視野VC(すなわち4時半に位置する第1基準マーク)の撮像結果を用いるのは、この撮像視野VCが、撮像視野VA〜VCの中で、マーク50Mから最も遠い位置にあり、それだけ、回転ずれ量を精度良く求めることができるからである。
ところで、ここまでの手法(これを「手法1」とする)は、カメラが鏡像であることをパラメータとして盛り込んだ状態で、カメラの倍率及び回転を算出するものであったが、一般的な同時最適化手法(最小二乗法など)ではパラメータが少ない方が安定した解が得られる場合が多い。ここでは、倍率および回転の算出時にカメラの鏡像を考慮せず、得られた解に対して鏡像を盛り込む手法(これを「手法2」とする)を提案する。
なお、この手法2においても、上述の手法1にて説明した交点P1、P2を結ぶ直線の角度θp1,X方向の倍率及びベクトルDCTi(dXCT2i,dYCT2i)を求める手法(手法1と同一の手法)を用いて、それぞれθp1,M,DCTiを求める。その上で、上述のベクトルの設計値DTi(dXT2i,dYT2i)と算出されたベクトルDCT2iとの関係式(7)以降の処理が本手法2では上記手法1と相違してくる。以下、その相違部分から、本手法2の説明を開始する。
決定されたマーク中心位置SpCT2(SpCT2x,SpCT2y)を基準(原点)とする地点P1〜PNのベクトルの設計値を、DTi(dXT2i,dYT2i)(i=1〜N)とする。これらのベクトルの設計値DTi(dXT2i,dYT2i)(i=1〜N)と、算出されたベクトルDCT2iとの関係は次式のようになる。
前述の手法1では式(7)にてこの正像および鏡像を示す符号を盛り込んだ式にて撮像倍率および回転ずれ量を算出しているが、ここで説明する手法では式(13’)から算出された値に正像、および鏡像を考慮する手法をとる。
カメラの正像および鏡像は、符号mrで表され、画像が正像の場合はmr=1とし、画像が鏡像の場合はmr=−1とする。
カメラ座標系でのマーク回転量は、式(13’)から算出されたθCT2を次式によって更新することで求まる。
次のステップ927では、上記で求めたマークの回転量θCT2と、カメラ倍率MCT2x,MCT2yに基づいて、プリ2TAカメラ座標系でのマーク50Mの位置SpCT2(SpCT2x,SpCT2y)を決定する。
このマーク50Mの位置座標は次式で示されるようになる。
次のステップ929では、基準ウェハWSが保持されたロードスライダ50を例えば10mm程度微小駆動させ、ステップ931において、微小駆動後のプリ2TAカメラ座標系におけるマーク50Mの位置SpCT2’(SpCT2x’,SpCT2y’)を検出し、ステップ933において、ウェハ座標系での工具ウェハの領域VC内の校正用マークPRMの中心位置(WCR2(xCR2,yCR2)とする)を検出する。
ここで、WCR1(xCR1,yCR1)は移動前のカメラ座標系における工具ウェハWSのエッジ位置であり、WCR2(xCR2,yCR2)は移動後のカメラ座標系における工具ウェハWSのエッジ位置であるとすると、これらを次式によってウェハ座標系の工具ウェハWSのエッジ位置WR1(xR1,yR1)およびWR2(xR2,yR2)に変換する。
また、サブルーチン205において計測されたプリ2TAカメラ座標系でのマーク50Mの位置SpCT2(SpCT2x,SpCT2y)と、移動後に計測されたプリ2TAカメラ座標系でのマーク50Mの位置は、次式によってTAマーク座標系のマーク位置に変換する。
ここではθT2を、不図示の記憶装置に格納する。ステップ935終了後はサブルーチン705、サブルーチン215(図16)の処理を終了し、図11に示される次のステップ217へ移行する。
以上が手法2の手法1と異なる部分である。これ以降(ステップ217〜)の処理は、手法1、手法2ともに共通である。
次のステップ217では、ロードスライダ50を、Y駆動機構60の駆動により、ローディングポジション上方まで移動させるとともに、ウエハステージWSTをローディングポジションへ移動させる。このときのウエハステージWSTのロード位置を、設計上の位置とする。次のサブルーチン219では、プリ3較正及び計測工程を行う。ここでは、マーク検出系42の撮像結果に基づいて、プリ3カメラ座標系におけるマーク50Mの位置情報を検出する。このサブルーチン219の処理については、プリアライメント装置45によって撮像された画像ではなく、マーク検出系42によって撮像された画像が処理対象となる他は、上記サブルーチン215(プリ2TA計測)の処理と同様なので、詳細な説明を省略する。この場合にも、サブルーチン219においては、サブルーチン710ではなく、サブルーチン705が実行される。なお、マーク検出系42においては、前述の通り落射照明系で撮像が行われるため、図31(A)に示される画像とは、明部と暗部とが逆になったような画像が得られるようになるが、処理に影響はない。
なお、このサブルーチン219で得られたプリ3カメラ座標系の倍率を、MCT3(MCT3x,MCT3y)とし、回転をθCT3とする。また、このプリ3計測時のマーク座標系におけるマーク50Mの位置情報(マーク50Mの位置SCT3及び回転量θCT3)を、q(SCT3x,SCT3y,θCT3)とする。SCT3xはX座標であり、SCT3yはY座標であり、θCT3は回転量である。図38(B)には、マーク座標系におけるマーク50Mの位置情報q(SCT3x,SCT3y,θCT3)が模式的に示されている。このマーク50Mの位置情報q(SCT3x,SCT3y,θCT3)は、不図示の記憶装置に記憶される。また、ここでは、ウエハ座標系に対するプリ3カメラ座標系の回転量θT3も併せて算出し、記憶装置に格納する。θT3は、次式で算出することができる。
θT3=θT2+θCT3−θCT2 …(17)
θT3=θT2+θCT3−θCT2 …(17)
次のステップ221では、工具ウエハWSをウエハステージWSTにロードする。工具ウエハWSがセンタテーブルCTに完全に受け渡された後、センタテーブルCTが下降して、最終的に工具ウエハWSがウエハステージWSTに載置され、真空吸着により吸着保持される。
次のステップ223では、ウエハステージWSTを−Y方向に移動させ、アライメント検出系ASの下方に位置させる。そして、工具ウエハWS上の第2基準マークSSMa,SSMb,SSMc,SSMdの位置情報を検出する。具体的には、ウエハ干渉計18から得られる位置情報に基づいてウエハステージWSTを駆動制御し、工具ウエハWS上の第2基準マークSSMa,SSMb,SSMc,SSMdが、アライメント検出系ASの下方に順次位置するように工具ウエハWSを移動させ、アライメント検出系ASにより基準マークSSMa,SSMb,SSMc,SSMdを撮像する。この撮像結果は、主制御装置20に供給される。
次のステップ225では、基準マークSMa〜SMdの位置情報から、XY座標系における工具ウエハWSの中心の位置座標を算出する。この位置座標が、XY座標系における工具ウエハWSのロード位置座標である。ここで、算出されたロード位置座標を、LP(LPX,LPY)とし、この点が、ウエハWのロード時における推定ロード位置の基準点となる。図38(B)には、このXY座標系における工具ウエハWSのロード位置座標LP(LPX,LPY)が示されている。算出された情報、ロード位置座標LP(LPX,LPY)は、不図示の記憶装置に記憶される。なお、このとき、基準マークSSMa〜SSMdの位置情報から、工具ウエハWSの回転量αを求めるようにしてもよい。この回転量αは、XY座標系に対するウエハ座標系の回転量に相当する。
次のステップ227では、工具ウエハWSをアンロードする。ここでは、アンロードスライダ62により工具ウエハWSがアンロードされる。そして、アンロードスライダ62が、アンロードロボット93との受け渡し位置に退避して、工具ウエハWSをアンロードロボット93に受け渡すと、さらにそのウエハWは、アンロードロボット93からロードロボット92に受け渡され、ロードロボット92によってFOUP27に戻される。ステップ227終了後は、図10の露光のサブルーチン103に進む。
図19、図20には、露光のサブルーチン103の処理手順を示すフローチャートが示されている。図19に示されるように、このサブルーチン103では、まず、ステップ251において、上記ステップ201と同様に、ロードロボット92に対し、ウエハWの搬入を指示する。ロードロボット92は、例えばFOUP27に格納されていたウエハWを取り出して搬送し、ターンテーブル51上に載置する。ターンテーブル51は、載置されたウエハWを吸着保持する。次のステップ253では、照明装置81G1,81G2によりウエハWを照明し、ラインセンサ83A,83Bによって、ターンテーブル51上のウエハの偏心量及び回転量を検出する、いわゆるプリ1計測工程を行う。次のステップ255では、算出されたウエハWの偏心量及び回転量がキャンセルされるように、プリアライメントステージ52及びターンテーブル51を調整する。次のステップ257では、プリアライメントステージ52を、第2位置に移動させる。
次のステップ259では、プリアライメント装置45により第2位置のウエハWの残留回転量を計測する。この計測を「プリ2TT計測」と呼ぶ。このプリ2TT計測においては、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VCのウエハ座標系に対するオフセット成分SA(SAx,SAy),SB(SBx,SBy),SC(SCx,SCy)、回転成分θCA,θCB,θCC、倍率成分MCA(MCAx,MCAy),MCB(MCBx,MCBy),MCC(MCCx,MCCy)を考慮して、透過照明によりノッチを含むウエハWの3つのエッジ位置を撮像結果の輝度分布から検出し、その3つのエッジ位置からウエハWの回転量を検出する。そして、この回転量を、ターンテーブル51を回転させることによりキャンセルする。これにより、前述のように、ターンテーブル51上のウエハのファイン回転調整が実現される。
次のステップ261では、ターンテーブル51からロードスライダ50へのウエハWの受け渡しを行う。そして、ステップ263では、プリ2LA計測を行う。このプリ2LA計測工程とは、ウエハWのエッジをプリアライメント装置45の撮像視野VA、VB、VC内のウエハWのエッジ付近を撮像し、その3つのエッジ付近の撮像結果から、ウエハWの6時方向、7時半方向、4時半方向のエッジ位置を検出し、その3つのエッジ位置からウエハWの中心位置及び回転量を算出する。なお、ここで検出されるウエハWの中心座標及び回転量を、C(XC,YC,θC)とする。XCはX座標であり、YCはY座標であり、θCは回転量であるが、このX座標及びY座標は、O(X0,Y0)を原点としたときの座標値であるものとする。図39(A)には、ウエハ座標系におけるウエハWの位置情報(中心座標及び回転量)C(XC,YC,θC)が模式的に示されている。この位置情報C(XC,YC,θC)は、不図示の記憶装置に記憶される。
次のサブルーチン265では、プリ2TA計測工程を行う。このサブルーチン265では、図16に示されるように、まず、ステップ701において、プリアライメント装置45により、マーク50Mの撮像を行う。
次のステップ703では、ロードスライダ50の位置計測が初期計測であるか否かを判断する。ここでは、すでに初期計測が行われているので、判断が否定され、通常計測サブルーチン710に進む。
図21には、サブルーチン710のフローチャート、すなわち、通常計測の手順を示すフローチャートが示されている。図21に示されるように、ステップ851では、テンプレートT1’〜T11’の中から、初期計測において選出されたテンプレートの情報を取得する。このテンプレートをTa’とする。これは、プリ2TA計測時のロードスライダ50の停止位置の再現性が高く、その誤差は微小であり、図17のステップ823で選出された目盛マークと同一の目盛マークが撮像範囲の中心に位置する可能性が高く、該目盛マークに対応したテンプレートTa’のマッチングから行うことが効率的だからである。
ステップ853では、画像Pに対するテンプレートTa’のマッチングを行う。このマッチングは、初期計測サブルーチン705で決定されたマッチング領域MA内で行われ、そのサブルーチン705中のステップ813でのマッチングと同様の方法で行われる。このマッチングの結果、正規化相互相関値Crk(x,y)の最大値Crkmax(x,y)及びそのX位置及びY位置が検出される。
ステップ855では、前記ステップ853で算出したテンプレートTa’でのマッチングの結果算出される正規化相互相関度関数Crk(x,y)の最大値Crkmax(x,y)が所定の閾値より大きいか否かを判断する。この判断が肯定されればステップ857に進み、否定されればステップ871に進む。ステップ871では、目盛マークが無かった旨のアラーム表示を不図示の表示装置に表示させた後、強制終了する。
一方、ステップ857〜ステップ865では、ステップ851で取得した情報が正しいものであるか否かを検証するために、正規化相互相関値Crk(x,y)の最大値Crkmax(x,y)が最大となった位置での、11種類のテンプレートT1’〜T11’と画像Pとのマッチングを行う。以下、その手順について説明する。
まず、ステップ857では、テンプレートの種類を示すカウンタ値kに1をセットし、最初にマッチングするテンプレートをT1’とする。ステップ859では、テンプレートTk’(ここではテンプレートT1’)のマッチングを行う。このマッチングも、正規化相互相関度関数Crk(x、y)を算出することにより行われる。
ステップ861では、カウンタ値kを参照し、その値が11以上であるか、すなわち、すべてのテンプレートについてマッチングを行ったか否かを判断する。ここでの判断が否定された場合は、ステップ863に進み、肯定された場合にはステップ865に進む。ここではカウンタ値kが1であるので、判断は否定され、ステップ863に進む。
ステップ863では、カウンタ値kをインクリメントして(k←k+1)して、ステップ859において、次のテンプレート(ここではテンプレートT2’)のマッチングを行う。以下、ステップ861での判断が肯定されるまで、ステップ859→ステップ861→ステップ863の処理、判断が繰り返される。全てのテンプレートのマッチングが終了すると、ステップ861での判断が肯定され、ステップ865に進む。なお、ここでのループ処理では、テンプレートTa’のマッチングを改めて行うようになるが、その必要はなく。テンプレートTa’を除く、10種類のテンプレートでのマッチングが行われれば良い。
ステップ865では、各テンプレートをマッチングした際の、各テンプレートの反転対称性相関度関数Crk(x、y)の最大値Crkmax(x)をそれぞれ比較して、反転対称性相関度関数Crk(x、y)の最大値Crkmax(x)が最も大きかったテンプレートを、テンプレートTb’として、テンプレートT1’〜T11’の中から決定する。
次のステップ867では、前記ステップ865で決定された、テンプレートTb’がテンプレートTa’と同一であるか否かを判断する。ここでの判断が否定された場合は、ステップ871に進み、肯定された場合にはステップ869に進む。ステップ871以降の処理は、前述したとおりである。
一方、ステップ869では、ステップ851で取得した情報に基づくテンプレートTa’に対応する目盛マークが、ステップ853で検出された位置に存在するとみなし、その目盛マークの種類、位置情報を不図示の記憶装置に記憶する。ステップ869終了後は、図22のステップ951に進む。ステップ951では、上記ステップ901(図18参照)と同様に、決定した指標パターン位置Pkmaxに基づいて、仮中心PTを決定する。この仮中心PTは、上記ステップ901で決定された仮中心PTと同様のものである(図33(B)参照)。
ステップ953では、図18のステップ903と同様に、L/SパターンLSxの矩形の計測範囲を決定する。このX軸方向計測範囲は、前記仮中心PTに基づいて定められる。この計測範囲は複数指定される。その数は予め決めておくことができ、例えば6つとする。この6つのX軸方向計測範囲は、上記ステップ903で定められた6つの計測範囲と同様の計測範囲である(図33(C)参照)。
ステップ955では、図18のステップ905と同様に、L/SパターンLSyの複数の矩形の計測範囲、すなわちY軸方向の計測範囲を仮決めする(図34(B)参照)。
ステップ957では、図18のステップ907と同様に、各X軸方向の計測範囲のL/SパターンLSxに基づいて、そのX方向計測範囲mの代表点としてのその範囲の中心点(Xcm,Ycm)を決定し、各中心点の座標からX軸方向L/SパターンLSxの代表点に基づく最小二乗近似直線Lxを求める(図34(C)参照)。
次のステップ959では、図18のステップ909と同様に、直線Lxの傾きAに基づくマークの回転量を算出し、次のステップ961では、図18のステップ911と同様に、直線Lxの傾きAに基づく、L/SパターンLSyの計測範囲nの位置補正を行う(図35(B)参照)。
次のステップ963では、図18のステップ913と同様に、Y軸方向L/SパターンLSyの計測範囲内の中心点(Xcn,Ycn)を決定する。次のステップ965では、X軸方向の計測範囲m及びY軸方向の計測範囲n内にあるL/SパターンLSx,LSyのプリ2TAカメラ座標系での中心点の位置座標(Xcm,Ycm)、(Xcn,Ycn)を、マーク座標系の位置座標に変換する。マーク座標系への変換を表す式は、較正用基準ウエハによる較正処理により予め求められているため、プリ2TAカメラ座標系における回転量θCT2、倍率MXCT2,MYCT2、マーク座標系原点位置(X0,Y0)を用いて、次式のように表される。
次のステップ967では、最小二乗法を用いることにより、上記式(18)によって得られた中心点(Xm,Ym)から、最小二乗近似直線Lxを決定し、中心点(Xn、Yn)からは、最小二乗近似直線Lyを決定する。そして、この2本の直線Lx,Lyの交点を算出し、その交点をマーク50Mの位置SCT2’として決定する。また、直線Lx又は直線Lyの傾き、あるいは直線Lx,Lyの傾きの平均を、マーク50Mの回転量θCT2’とする。
なお、このマーク座標系におけるマーク50Mの位置情報(位置SCT2’及び回転量θCT2’)を、p’(SCT2x’,SCT2y’,θCT2’)とする。SCT2x’はX座標であり、SCT2y’はY座標であり、θCT2’は回転量である。図39(A)には、マーク座標系における位置情報p’(SCT2x’,SCT2y’,θCT2’)が模式的に示されている。マーク座標系におけるマーク50Mの位置情報p’(SCT2x’,SCT2y’,θCT2’)は、不図示の記憶装置に記憶される。ステップ967終了後は、サブルーチン710の処理、図16のサブルーチン265を終了し、図19のステップ267に進む。
次のステップ267では、ロードスライダ50を、Y駆動機構60の駆動により、ローディングポジション上方まで移動させるとともに、ウエハステージWSTをローディングポジションまで移動させる。なお、ここでは、ロードスライダ50からウエハWを受け渡すときのウエハステージWSTの位置を推定し、その推定結果に基づいてXY座標系におけるウエハステージWSTのロード位置を決定する。以下では、その推定方法について詳細に説明する。
上述したように、この時点では、工具ウエハWSに対するサブルーチン215(図11)におけるプリ2LA較正及び計測工程と、サブルーチン265(図19)におけるウエハWに対するプリ2TA計測工程とが実施されており、プリ2LA較正及び計測工程でのウエハ座標系における工具ウエハWSの位置情報O(X0,Y0)と、プリ2TA計測工程でのマーク座標系におけるマーク50Mの位置情報p(SCT2x,SCT2y,θCT2)とが求められている(図38(A)参照)。また、XY座標系における工具ウエハWSのロード位置LP(LPX,LPY)が求められている(図38(B)参照)。
さらに、この時点では、上記ステップ263(図19)におけるウエハWに対するプリ2LA計測工程と、上記サブルーチン265(図19)におけるプリ2TA計測工程とが実施されており、プリ2LA計測工程でのウエハ座標系におけるウエハWの位置情報C(XC,YC,θC)と、プリ2TA計測工程でのマーク座標系におけるマーク50Mの位置情報p’(SCT2x’,SCT2y’,θCT2’)とが求められている(図39(A)参照)。これらの位置情報p,O,LP,C,p’が、ウエハステージWSTのウエハWの受け渡し位置の推定に用いられる。
ここでは、ウエハWの位置ずれを、マーク50Mの位置ずれによる平行移動成分とマーク50Mの回転量の差に起因する位置ずれ成分である回転成分とに分けて推定する。まず、ウエハWの位置ずれの平行成分の推定について説明する。図40(A)には、プリ2LA計測工程(ステップ213、ステップ263)において検出されたウエハ座標系におけるウエハWの位置情報O,C(以下、単に「位置O」、「位置C」と呼ぶ)と、プリ2TA計測工程(サブルーチン215、サブルーチン265)において検出されたマーク50Mの位置情報p,p’(以下、単に「位置p」、「位置p’」と呼ぶ)の位置関係を模式的に示すベクトル図が示されている。図40(A)では、工具ウエハWSをロードしたときのプリ2LA計測工程におけるマーク50Mの位置pと、工具ウエハWSの中心の位置Oとの相対位置関係を示すベクトルがベクトルPとして示されており、ウエハWをロードしたときのプリ2LA計測工程におけるマーク50Mの位置p’と、ウエハWの中心の位置Cとの相対位置関係を示すベクトルがベクトルP’として示されている。本実施形態では、このベクトルP、P’を基準として、ウエハWをロードする際のウエハステージWSTの位置の位置ずれの平行移動成分を推定する。
この平行移動成分の具体的な計算方法について説明する。まず最初に、図40(A)に示されるように、工具ウエハWSのロード時のプリ2LA計測工程で検出されたマーク50Mの位置p(SCT2x,SCT2y)と、ウエハWのロード時にプリ2LA計測工程で検出されたマーク50Mの位置p’(SCT2x’,SCT2y’)との差のベクトルApのX成分及びY成分は次式で表される。
Spx=SCT2x’−SCT2x …(19)
Spy=SCT2y’−SCT2y …(20)
Spx=SCT2x’−SCT2x …(19)
Spy=SCT2y’−SCT2y …(20)
ただし、前述のように、位置pと位置p’のX座標及びY座標は、マーク座標系で求められたものであるため、その位置座標を、次式のようにウエハ座標系の位置座標に変換する必要がある。
次に、ベクトルWAを求める。ベクトルWAのX,Y成分を(WAx,WAy)とすると、(WAx,WAy)は、それぞれ次式のように表される。
次に、位置ずれの回転成分を推定する。工具ウエハWSを保持したときのマーク50Mの位置pと、ウエハWを保持したときのマーク50Mの位置p’とが仮に完全に一致しており、マーク50Mから、ウエハの中心までの距離も同じであったとしても、マーク50Mの回転量が異なれば、工具ウエハWSとウエハWとの中心位置がずれるようになる。回転成分とは、このマーク50Mの回転によるウエハWの位置ずれのことをいう。
本実施形態では、プリアライメント装置45やマーク検出系42によって、工具ウエハWS搬送時におけるプリ2TA計測工程でのマーク50Mの回転量θCT2と、ウエハW搬送時におけるプリ2TA計測工程でのマーク50Mの回転量θCT2’とがすでに検出されている。そこで、これらのマーク50Mの回転量θCT2,θCT2’からウエハWの位置ずれの回転成分を推定する。
マーク50Mの中心と、工具ウエハWSの中心とがベクトルPで表される位置関係にあり、その位置関係にあった工具ウエハWSがロードされた位置が位置LPであったことから、ウエハWがロードされるであろう位置は、図40(B)に示されるように、位置Cを基点とした、マーク50Mの回転量θCT2とマーク50Mの回転量θCT2’との差のベクトルで表される位置となるであろうと推定される。そこで、マーク50Mの回転量θCT2とマーク50Mの回転量θCT2’との差を、例えば図40(B)に示されるθp(=θCT2’−θCT2)であるとする。
プリ2LA計測工程におけるマーク50Mの回転量は、工具ウエハWS又はウエハW等がロードスライダ50に保持される前のロードスライダ50の姿勢によって決定される。これは、ロードスライダ50へのウエハの受け渡しがターンテーブル51の駆動によって行われるため、ロードスライダ50の姿勢はその間変化せず、マーク50Mの回転量は一定であるとみなせるからである。このことにより、ローディングポジションへ搬送後、この回転量が修正されるとすると、マーク50Mの回転量θCT2’でのロード位置は、マーク50Mの回転量θCT2でのロード位置LPから、マーク50Mの中心を回転中心として、θpの方向(回転方向)とは、逆方向に回転するようになると考えられる。すなわち、修正すべきウエハWの中心位置の回転量は、−θpであると推定される。なお、図40(B)においては、θpは、正(反時計回り)であるものとしているが、θpは、負(時計回り)である場合もあり、その場合には、−θpは、正(反時計回り)となる。
本実施形態では、この修正回転量−θpに基づいて、上述のように求められた、マーク50Mの回転成分に伴うウエハステージWST上のウエハWの位置ずれベクトルDt1を次式を用いて算出する。
上述のように算出された、ウエハWの平行移動成分としてのベクトルWAと、回転成分Dt1とを次式のように加算すれば、ウエハステージWSTのロード位置の位置ずれ量を推定することができる。
主制御装置20は、この位置ずれベクトルD1を不図示の記憶装置に格納する。本実施形態では、そのベクトルD1に対応する位置を、ウエハステージWSTのロード位置として推定し、その推定ロード位置にウエハステージWSTを移動させて、ウエハWをロードする。
次のサブルーチン269では、「プリ3計測工程」を行う。マーク検出系42の撮像結果は、主制御装置20に送られる。主制御装置20は、この撮像結果に基づいて、マーク座標系におけるマーク50Mの位置情報(位置及び回転)を、上記サブルーチン269と同様にして検出する。このサブルーチン269において検出されたマーク50Mの位置SCT3’及び回転量θCT3’を、位置情報q’(SCT3x’,SCT3y’,θCT3’)とする。SCT3x’はX座標であり、SCT3y’はY座標であり、θCT3’は回転量である。なお、この位置情報q’(SCT3x’,SCT3y’,θCT3’)は、不図示の記憶装置に記憶される。図39(B)には、このサブルーチン269(図19)におけるプリ3計測工程においてロードスライダ50のマーク50Mの位置情報q’の一例が示されている。
次のステップ271では、ウエハステージWST上にウエハWをロードする。このときのウエハステージWST上のウエハWのロード位置をLP’(LPx’,LPy’)とする。図39(B)には、ウエハステージWST上のウエハWのロード位置LP’が示されている。なお、ウエハステージWST上に露光済みのウエハが保持されている場合には、このロード動作を行う前に、ウエハステージWSTからそのウエハをアンロードする必要がある。
次のステップ273では、ウエハステージWST上のウエハWの位置ずれ量を算出する。ここでも、その位置ずれ量を、マーク50Mの位置ずれによる平行移動成分と、マーク50Mの回転量の差に起因する回転成分とに分けてそれぞれ推定するものとする。
図41(A)には、ウエハステージWST上のウエハWの位置ずれ量の推定方法を模式的に示すベクトル図が示されている。図41(A)では、工具ウエハWSをロードするときのマーク座標系におけるマーク50Mの位置情報q(以下、「位置q」と略述する)と、工具ウエハWSのローディングポジションLPとの相対位置関係を示すベクトルがベクトルQとして示されている。本実施形態では、ベクトルQを基準として、ウエハステージWST上のウエハWのロード位置の位置ずれの平行移動成分を推定する。
まず、平行移動成分の推定方法について説明する。上記ステップ271におけるウエハステージWSTのロード位置は、ローディングポジションLP(すなわちベクトルQ)に、ベクトルWAを加算した位置(LP’)となっている。しかしながら、工具ウエハWSをロードする際のプリ3計測工程によって検出されたマーク50Mの位置q(SCT3x,SCT3y)と、ウエハWをロードする際のプリ3計測によって検出されたマーク50Mの位置情報q’(SCT3x’,SCT3y’)(以下、「位置q’」と略述する)とのずれにより、ウエハステージWST上のウエハWのローディングポジションは、当初に予定していた位置からそのずれ分だけずれることとなる。したがって、ウエハステージWST上のウエハWの位置ずれの平行移動成分は、工具ウエハWSのロード時にマーク検出系42によって検出されたマーク50Mの位置q(SCT3x,SCT3y)と、ウエハWのロード時にマーク検出系42によって検出されたマーク50Mの位置q’(SCT3x’,SCT3y’)との差のベクトルAqとなる。このベクトルAqの各座標軸成分Sqx,Sqyは以下の式(25)、式(26)で表される。
Sqx=SCT3x’−SCT3x …(25)
Sqy=SCT3y’−SCT3y …(26)
しかし、前述のように、ベクトルAqの各成分は、プリ3カメラ座標系で求められたものであり、各成分を、次式のようにウエハ座標系の位置座標に変換しておく必要がある。
Sqx=SCT3x’−SCT3x …(25)
Sqy=SCT3y’−SCT3y …(26)
しかし、前述のように、ベクトルAqの各成分は、プリ3カメラ座標系で求められたものであり、各成分を、次式のようにウエハ座標系の位置座標に変換しておく必要がある。
次に、位置ずれの回転成分の推定を行う。本実施形態では、マーク検出系42によって、工具ウエハWSを搬入する際のプリ3計測工程におけるマーク50Mの回転量θCT3、ウエハWを搬入する際のプリ3計測工程におけるマーク50Mの回転量θCT3’が検出されている。そこで、これらマーク50Mの回転量から、ウエハWの中心位置の位置ずれの回転成分を推定する。
また、図41(B)には、位置qでのマーク50Mの回転θCT3と位置q’でのマーク50Mの回転θCT3’との差を示す回転量θqの一例が示されている。本実施形態では、位置q及び位置q’によって検出されるマーク50Mの回転量の差が、ロードスライダ50に保持された後のマーク50Mの回転ずれとなる。プリ3計測工程におけるマーク50Mの回転量は、工具ウエハWS又はウエハW等がロードスライダ50に保持された後のロードスライダ50の姿勢によって決定される。この場合、位置q’でのマーク50Mの向きと位置qでのマーク50Mの回転の差がθq(=θCT3’−θCT3)であるとすると、その結果修正すべきウエハの方向の回転ずれは、そのまま+θqとなる。すなわち、ウエハの中心の推定位置の修正回転量は、+θqとなる。
本実施形態では、この修正回転量+θqに基づいて、ウエハステージWST上のウエハWの位置ずれの回転成分を算出するように、マーク50MとウエハWとの距離をL(設計値)とし、ウエハ座標系のXW軸に対するマーク50Mに対する工具ウエハWSの中心の回転成分の設計値をθDとすると、回転成分を示すベクトルDt2は、次式のようになる。
また、ロード後のウエハWの回転量θも、θ=(θC+θq−θp)という計算式で推定することができる。ここでは、この回転量θも算出して合わせて不図示の記憶装置に記憶する。なお、θCは、ステップ263のプリ2LA計測によって計測されたウエハWの回転成分である。
次のステップ275ではサーチアライメントを行う。ここでは、ウエハW上に形成されたサーチアライメントマークを、アライメント検出系ASの下方に位置させるように、ウエハステージWSTをXY平面内で移動させるが、このときのウエハステージWSTの移動先は、サーチアライメントマークの設計上の位置座標に、ウエハWの位置ずれベクトルD2(又はそのベクトルを回転量αだけ回転させたベクトル)と、ウエハ回転量θとで補正することによって得られる位置とする。そして、ここでは、アライメント検出系ASの撮像結果から算出されたサーチアライメントマークの実測位置情報と、設計上の位置情報との差から、ウエハステージWST上のウエハWの位置情報(位置ずれ量及び回転量)が求められる。なお、サーチアライメントによって算出されたウエハWの回転量は、レチクルステージWSTの回転によりキャンセルされる。
図20に示されるように、次のステップ277では、ウエハアライメントを行う。すなわち、サーチアライメントの結果を考慮して、ウエハW上の複数のサンプルショット領域に付設されたアライメントマークの位置を不図示のアライメント検出系ASにより計測し、その計測結果に基づいて、統計処理方法により全てのショット領域の配列座標を算出する、いわゆるEGA演算を行う。これにより、ウエハW上の全てのショット領域のXY座標系上における配列座標が算出される。この処理については、例えば特開昭61−44429号公報などに開示されているので、詳細な説明を省略する。
次のステップ279では、ショット領域の配列番号を示すカウンタの値r(以下、「カウンタ値r」と呼ぶ)に1をセットし、最初のショット領域を露光対象領域とする。
そして、ステップ281では、EGA演算にて算出された露光対象領域の配列座標に基づいて、不図示の照明系からの露光光ILによってレチクルRのパターン領域を照明し、露光を行う。これにより、レチクルRのパターンが投影光学系PLを介してウエハW上の露光対象領域に縮小転写される。
ステップ283では、カウンタ値rを参照し、全てのショット領域に露光が行われたか否かを判断する。ここでは、カウンタ値rは1であり、最初のショット領域に対して露光が行なわれたのみであるので、ステップ283での判断は否定され、ステップ285に進む。
ステップ285では、カウンタ値rをインクリメント(r←r+1)して、次のショット領域を露光対象領域とし、ステップ281に戻る。以下、ステップ283での判断が肯定されるまで、ステップ281→ステップ283→ステップ285の処理、判断が繰り返される。
ウエハW上の全てのショット領域へのパターンの転写が終了すると、ステップ283での判断が肯定され、ステップ287に進む。
ステップ287では、ウエハWのアンロードを行う。ウエハWは、アンロードスライダ62によりアンロードされ、アンロードロボット93によってFOUP27に戻されるか、不図示の搬送系により、インラインに接続されたコータ・デベロッパ(C/D)に搬送される。ステップ287終了後は、サブルーチン103を終了し、図10のステップ105に進む。
次のステップ105では、ロット内のすべてのウエハWの露光が終了したか否かが判断される。この判断が否定された場合にはサブルーチン103に戻り、肯定された場合には、処理を終了する。ここでは、まだ1枚目のウエハWの露光が完了しただけなので、判断が否定され、サブルーチン103に戻るものとする。以降ステップ105において判断が肯定されるまで、サブルーチン103〜ステップ105の処理が繰り返し行われ、FOUP27内のウエハWに対する露光が行われる。
本実施形態では、図19のステップ267においてウエハステージWSTを位置ずれ量D1によって推定された推定ロード位置に移動させてから、図19のサブルーチン269においてプリ3計測工程を行い、その結果求められたウエハステージWST上のウエハWの位置ずれ量D2についてはサーチアライメントマークの設計位置座標を補正することによりその位置ずれを吸収するようにしたが、これには限られない。例えば、ウエハステージWSTを推定ロード位置に移動させる前に、プリ3計測工程を行い、位置ずれ量D1+D2を求め、その位置ずれ量によって推定された推定ロード位置に、ウエハステージWSTを移動させてウエハWをロードするようにしても良い。また、ウエハWのロード時のウエハステージWSTの位置を常に同一のロード位置(すなわち原点O)として、位置ずれ量D1+D2を考慮して、サーチアライメントマークの位置座標の補正を行うようにしても良い。ウエハステージWSTのロード位置の推定値を平行移動成分WAだけで推定ロード位置を決定し、回転成分Dt1については、回転成分Dt2と同様に、サーチアライメントマークの位置座標の補正に含まれるようにしても良い。このときには位置ずれ量の回転成分ベクトルは、図42に示されるベクトルDtLPとなる。このベクトルDtLPの算出式は次式のようになる。
本実施形態では、同一の座標系(プリ2LAカメラ座標系、プリ3カメラ座標系及びウエハ座標系(XY座標系))における位置情報の差分によってのみ、ウエハWの位置を推定するので、ウエハ座標系とプリ2TAカメラ座標系及びプリ3カメラ座標系との位置関係が一部未知であるか否かに関わらず、ウエハWのプリアライメントを実現することができる。このようにすれば、ウエハ座標系におけるプリ2TAカメラ座標系及びプリ3カメラ座標系との位置関係を完全に求める必要がなくなるため、露光装置100の調整時間を短縮することが可能となる。
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、マーク50M内の基準地点(SCT2,SCT3)と、その基準地点(SCT2,SCT3)との位置関係が既知な地点P1〜P6との位置関係の実測値を、プリアライメント装置45、マーク検出系42の撮像結果から得て、その実測値と、設計上の値との違いから、プリアライメント装置45及びマーク検出系42の較正情報を精度良く検出することができる。
また、本実施形態によれば、工具ウエハWSを搬送するロードスライダ50の搬送前後における、ロードスライダ50上のマーク50Mの撮像結果と、ウエハW上の第1基準マークの撮像結果とに基づいて、ウエハWの位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系(ウエハ座標系)と、マーク50Mの位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系(プリ2TAカメラ座標系)との回転ずれ量を、実際のマーク50Mや第1基準マークFSMa〜FSMeの撮像結果から精度良く検出することができる。
また、本実施形態によれば、撮像視野VA〜VEのうち、プリアライメントステージ52上のターンテーブル51の回転中心から見てほぼ直交する方向に位置する2つの撮像視野内(VA、VD)に工具ウエハWS上の第1基準マークFSMa,FSMdが入るまで、工具ウエハWSの位置を調整する。この2つの撮像視野(VA、VD)は、ターンテーブル51の回転中心から見て直交する方向に位置しているので、一方の撮像視野(VA)に第1基準マークを入れるべく工具ウエハWSを移動させたときに、工具ウエハWSのエッジが他方の撮像視野(VD)内から外れにくくすることができ、かつ、残りの撮像視野(VB、VC、VE)にも、工具ウエハWSのエッジが収まっている蓋然性を高くすることができる。
これらのことから、以降のプリアライメントでは、この精度良く検出された較正情報に基づいて行われるので、ウエハWを精度良く位置合わせすることが可能となり、結果的に高精度な露光を実現することができる。
なお、上記実施形態では、マーク50M上の1つの基準地点SCT2(又はSCT3)と、6つの地点P1〜P6とに基づいて、較正情報を算出したが、6つの地点P1〜P6全部が必ずしも必要ではなく、直線上にない少なくとも3つの地点(例えばP1〜P3)があればよい。
また、指標パターンT1〜T11は、一方向に並んでいなくても良い。要は、撮像装置の撮像視野内に、いずれか1つの指標パターンが収まるように配置されていれば良い。例えば、マーク中心を中心として、複数の指標パターンが放射状に配置されるようにしても良い。
また、上記実施形態では、マーク50Mのうちの−X側の指標パターンT1〜T11のみ探索するようにしたが、+X側の指標パターンT1〜T11のみ探索するようにしても良いし、両側の指標パターンをそれぞれ探索するようにしても良い。また、撮像結果から、マーク内の基準地点と、上記少なくとも3つの地点とを特定できるのであれば、指標パターンはなくても良い。
また、上記実施形態では、ステップ929におけるロードスライダ50の1mmの移動前後におけるウエハ座標系における工具ウエハWSのエッジ位置(第1基準マーク)の変化と、プリ2TAカメラ座標系におけるマーク50Mの位置の変化とに基づいて、両座標系の回転ずれ量を求めたが、この移動距離1mmには限られず、移動前後において計測対象の地点が同一の撮像視野に収まっていれば任意の長さとすることができる。また、その際の工具ウエハWSのエッジ位置をマーク50Mから最も遠い撮像視野VCの撮像結果から得られる位置としたが、他の撮像視野の撮像結果からでも精度良く回転ずれ量を検出できるのであれば、他の撮像視野の撮像結果を用いてもよい。
また、上記実施形態では、撮像結果に、正像及び鏡像が含まれているので、プリアライメント装置45又はマーク検出系42の較正情報を検出する際、又は、カメラ座標系からウエハ座標系への変換を行う際には、その位置情報の検出元である画像が、いずれであるかを考慮して、複数の較正情報(撮像倍率及び回転)の同時最適化演算又は座標変換を行ったが、全ての画像が正像である場合には、上記mr=1に固定するようにしても良い。
また、上記実施形態では、6時方向をノッチ方向とするウエハWのプリアライメントについて説明したが、この装置では、3時方向をノッチ方向とするウエハWのプリアライメントを行うこともできる。この場合には、プリアライメント装置45の撮像視野VC、CD、VEの撮像結果を用いて、ウエハWのプリアライメントを行う他は、上記実施形態と同様である。
また、上記実施形態では、ガラスウエハでプリ1計測を行うことが困難な工具ウエハWSをプリアライメント装置45の撮像視野に正確に位置合わせすべく、サブルーチン205を行ったが、この処理の初期段階では、工具ウエハWSの第1基準マークの有無を判別するための判別領域を、撮像視野よりも狭く設定した。このようにすれば、工具ウエハWSの位置合わせを初期段階で厳密に行い、後の位置の調整をスムーズに行うことができるからである。この判別領域を狭くすればするほど、初期段階で工具ウエハWSの位置調整を高精度なものとすることができるので、この判別領域を3段階以上に設定可能として、追い込み回数が増えていく度に、判別領域を狭くしていくようにしてもよい。しかしながら、判別領域を狭く設定した状態でのアライメントが困難である場合では、このような判別領域の調整を行わず、常に撮像視野全体を判別領域として設定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、サブルーチン205において、ターンテーブル51の回転中心と、工具ウエハWSの中心とがずれすぎている場合には、工具ウエハWSを一旦ロードスライダに保持させ、それらの中心が一致するように調整しているが、工具ウエハWSの退避場所を別に設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ウエハWをロードする際には、マーク50MのL/SパターンLSx,LSy上の各計測範囲m,nの代表点の位置座標をそれぞれマーク座標系の位置座標に変換してから、最小二乗近似直線を求めたが、各カメラ座標系上での位置座標に基づいてXY軸それぞれの最小二乗近似直線を求め、それらの交点を求めてから、その交点の位置座標を、マーク座標系の位置座標に変換するようにしても良い。
また、上記実施形態では、マーク50Mをロードスライダ50の−X側端部近傍に配設したが、これに限らず、アーム部の略中央部に配設するようにしても良いし、+X側端部に配設するようにしても良い。
また、上記実施形態では、ウエハステージWST上のウエハWの残存回転量、すなわちサーチアライメントで検出されたウエハWの回転量を、レチクルステージRSTの回転で補正したが、例えばセンタテーブルCTをθz方向に回転可能とし、レチクルステージRSTのθzの回転範囲が小さくその回転量を十分にキャンセルできない場合には、センタテーブルCTのθzの回転、あるいはレチクルステージRSTとセンタテーブルCTの回転により、ウエハWの回転量をキャンセルするようにしても良い。また、ウエハステージWSTそのものを回転させるようにしても良い。なお、センタテーブルCT、ウエハステージWST及びレチクルステージRSTの少なくとも1つを回転させる代わりに、あるいはこれと組み合わせて、ロード前にロードスライダ50を微小回転させても良い。
また、上記実施形態では、ロードスライダ50をY軸方向のみに可動としたが、ロードスライダ50は、X軸方向、Z軸方向及びθz方向の位置を調整可能となっていても良い。この場合には、ウエハステージWSTの位置調整及びセンタテーブルCT等の回転等を行わなくても、ウエハの受け渡しに先立ってロードスライダ50をその基準位置からX軸及びY軸方向とθz方向にそれぞれ微動することで、前述のウエハWの位置ずれ量及び回転ずれ量をキャンセルするようにしても良い。ロードスライダ50で調整するかウエハステージWST等で調整するかは、それらの位置決め精度の優劣を考慮して選択すれば良い。
また、上記実施形態で説明したように、ロードスライダ50上のマーク50Mは落射照明系及び透過照明系のどちらでも検出することができるが、ウエハの外形は、ウエハの裏面から照明を当てることによって検出するのが望ましい。上記実施形態では、マークとウエハの外形とを同時に撮像しないため、一方の照明系が、他方の撮像結果に悪影響を及ぼさないようにできるという効果も生ずる。
また、上記実施形態におけるロードスライダ50は、撮像装置VA〜VEの撮像視野を避けるような形状となっている必要があるが、画像処理精度が高く、ウエハの外形も落射照明によって精度良く検出可能であるときには、ロードスライダは、その撮像視野を避ける形状となっていなくても良い。また、ロードスライダの光に対する反射特性を、ウエハの反射特性と著しく異なるようにすれば、ロードスライダの指部が、プリアライメント装置45の撮像視野VA〜VEに収まるような形状となっていても良い。要は、ロードスライダ50の形状が上記実施形態に限定されるものでなく任意で構わない。搬送部材としては、その形状、構造は、上記実施形態のロードスライダ50には限定されず、例えば、ウエハを吊り下げながら搬送する形態のものであっても良い。
また、上記実施形態では、ノッチ付のウエハを処理する場合について説明したが、オリエンテーションフラット付のウエハを処理する場合にも本発明を適用することができることは言うまでもない。
また、上記実施形態では、ウエハのプリアライメントを行う際に、ウエハの外形を3箇所検出するとしたが、ウエハの位置ずれ量及び回転ずれ量が精度良く算出できるのであれば、ウエハの外形をある程度広い撮像範囲(ノッチ等を必ず含む範囲)で1箇所だけ検出するだけでも良いし、領域VA〜VEのすべてのエッジを検出するようにしても良い。
また、上記実施形態では、プリアライメント装置45やマーク検出系42など、マーク50Mの検出に用いるセンサは撮像装置に限られるものではなく、例えば光量センサなどを用いても良い。このことはマーク検出系42についても同様である。さらに、上記実施形態では、プリ1計測工程を行うものとしたが、例えばウエハの中心とターンテーブル51の回転中心とのずれ量を比較的小さくしてウエハをターンテーブル51に保持できるときは、プリ1計測工程を行わなくても良い。
また、上記実施形態では、照明装置をウエハWの下方に配置し、撮像装置をウエハWの上方に配置したが、これは逆であっても構わない。
また、上記実施形態は、ウエハWのプリアライメントに関するものであったが、レチクルRの位置合わせについても適用可能であることは勿論であり、ウエハホルダなど、露光装置の部品を自動で交換する際にも適用することが可能である。
上記実施形態の露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式、ステップ・アンド・リピート方式、ステップ・アンド・スティッチ方式のいずれかの縮小投影露光装置とすることができる。また、プロキシミティ方式などの露光装置、あるいはミラープロジェクション・アライナー、及びフォトリピータにも本発明を適用することができる。
また、本発明は、露光光源には限定されない。さらに、例えば国際公開WO99/49504号などに開示される、投影光学系PLとウエハWとの間に液体が満たされる液浸型露光装置に本発明を適用しても良い。
また、上記実施形態では、本発明が半導体製造用の露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子、マイクロマシン、有機EL、DNAチップなどを製造するための露光装置などにも本発明は広く適用できる。
また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
さらに、露光装置以外の検査装置、加工装置などの装置であっても、搬送後の物体の位置決め精度が要求される装置であれば、本発明の較正方法を好適に適用することができる。
以上述べたように、本発明の較正方法は、物体を搬送し、その位置合わせをする搬送装置の較正に適しており、本発明の位置合わせ方法は、円板状の物体の位置合わせに適している。
20…主制御装置、42…マーク検出系、45…プリアライメント装置(第1撮像装置、第2撮像装置)、50…ロードスライダ(物体、搬送部材)、50M…マーク、51…ターンテーブル、52…プリアライメントステージ、60…Y駆動機構、81A〜81G1、81G2…照明装置、83A,83B…ラインセンサ、100…露光装置、Ar1、Ar2…領域、LSx,LSy…L/Sパターン(計測用パターン)、PL…投影光学系、RST…レチクルステージ、T1〜T11…指標パターン、W…ウエハ(物体)、WST…ウエハステージ(ステージ)。
Claims (8)
- 物体を保持して搬送可能な搬送部材上に設けられた位置検出用マークを撮像する撮像装置の較正方法であって、
前記位置検出用マークを前記撮像装置により撮像する第1工程と;
前記撮像の結果に基づいて、前記位置検出用マーク内の基準地点を特定する第2工程と;
設計上の位置関係が既知である、前記基準地点と前記位置検出用マーク内の同一直線上にない少なくとも3つの地点との位置関係を、前記撮像の結果に基づいて検出する第3工程と;
前記検出の結果と、前記設計上の位置関係とに基づいて、前記撮像装置の較正情報を算出する第4工程と;を含む較正方法。 - 前記位置検出用マークは、
位置情報を計測可能な形状を有する計測用パターンと、前記計測用パターンとの位置関係が既知である複数の指標パターンとを含むマークであり、
前記第2工程では、
前記撮像の結果から得られる前記複数の指標パターンのうちの少なくとも1つの指標パターンの位置情報に基づいて前記基準地点を特定し、
前記第3工程では、
前記少なくとも3つの地点を、前記計測用パターン内の地点とすることを特徴とする請求項1に記載の較正方法。 - 物体を保持して所定の2次元面内を搬送可能な搬送部材上に設けられた位置検出用マークを撮像する第1撮像装置の撮像の結果と、前記搬送部材に保持された前記物体の異なる領域をそれぞれ撮像する少なくとも3つの第2撮像装置の撮像の結果とを用いて前記2次元面内における前記物体の位置合わせを行う位置合わせ装置の較正方法であって、
前記搬送部材が前記物体を保持した状態で、前記第1撮像装置により前記位置検出用マークを撮像するとともに、前記各第2撮像装置により前記搬送部材に保持された前記物体の少なくとも一部に形成された較正用マークを撮像する第1工程と;
前記撮像後に前記搬送部材を前記2次元面内の所定方向に所定距離だけ移動させる第2工程と;
前記移動後に前記第1撮像装置により前記位置検出用マークを撮像するとともに、前記較正用マークを前記各第2撮像装置により撮像する第3工程と;
前記第1工程での撮像の結果と前記第3工程での撮像の結果とに基づいて、前記物体の位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系と、前記位置検出用マークの位置情報を検出する際の基準となる2次元座標系との回転ずれ量を検出する第4工程と;を含む較正方法。 - 前記第4工程では、
その撮像視野が、前記第1撮像装置の撮像視野から最も離れている第2撮像装置の撮像の結果に基づいて、前記回転ずれ量を算出することを特徴とする請求項3に記載の較正方法。 - 前記第1、第3工程で撮像された画像には、正像及び鏡像が含まれており、
前記第4工程では、前記正像及び前記鏡像を考慮しながら前記各撮像装置の撮像倍率及び前記回転ずれ量を同時最適化演算処理する演算モデルを用いて、前記回転ずれ量を求めることを特徴とする請求項3又は4に記載の較正方法。 - ほぼ円板状の物体の少なくとも3つの外縁をそれぞれ撮像可能に配置された少なくとも3つの撮像装置の撮像視野内に前記物体の外縁を位置させるように、所定の2次元面内の物体の位置合わせを行う位置合わせ方法であって、
同一直線上にない少なくとも3つのマークをそれぞれ含む少なくとも3つの較正用マークがその外縁部に形成されており、かつ、前記物体と略同一形状である基準物体を、前記2次元面内で移動可能かつ回転可能なテーブル上に保持する第1工程と;
前記少なくとも3つの撮像装置のそれぞれの撮像視野のうち、前記テーブルの回転中心から見てほぼ直交する方向に位置する2つの撮像視野内に、それぞれ対応する前記較正用マークが同時に入るまで、前記テーブルの位置を調整する第2工程と;を含む位置合わせ方法。 - 前記各撮像装置は、前記較正用マークが存在すべき前記撮像視野内の領域の大きさを少なくとも2段階に調整可能であり、
前記第2工程では、
前記各撮像装置の前記領域を狭くすることを特徴とする請求項6に記載の位置合わせ方法。 - 前記少なくとも3つの撮像装置の撮像結果から得られた前記基準物体の前記2次元面内の中心位置と、前記テーブルの回転中心位置とがずれている場合には、前記基準物体を前記テーブルから退避させて、前記テーブルの回転中心位置と前記基準物体の中心位置とがほぼ一致するように前記テーブルと前記基準部材との相対的な位置関係を調整する第3工程と;
前記調整後に、前記基準物体を、前記テーブル上に戻す第4工程と;
前記較正用マークに含まれるマークのうち、前記各撮像装置の較正情報を取得するのに必要な全てのマークが、前記各撮像装置の撮像視野内に収まるように、前記テーブルの回転量を調整する第5工程と;をさらに含む請求項6又は7に記載の位置合わせ方法。
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