JP2006344739A - 位置計測装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の観察光学系の各々に適した計測タイミングで計測を行うこと。
【解決手段】
位置計測装置は、物体上に形成されたマーク１１を複数の観察光学系１２、１４を介して撮像し、該撮像結果に基づいてマーク１１の位置に関する位置情報を計測する。位置計測装置は、複数の観察光学系１２、１４の各々の計測タイミングを算出する演算処理部１７と、前記各々の計測タイミングに従って複数の観察光学系１２、１４の各々を独立して制御する制御部１６と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、物体上に形成されたマークを計測する際に好適な位置計測装置及びその方法に関する。

従来より、レチクルとウエハの相対的な位置合わせを正確に行うために、投影レンズとオフアクシス観察光学系との間の相対距離（ベースライン量）を正確に求めることが必要であった。

図２は、投影露光装置においてベースライン量を計測する方法を概略的に示す図である。１は光源、２はレチクル、３はレチクル２上に配置された位置検出マークである。４は光源１からの光をレチクル２上に均一に照明するための照明光学系である。５はレチクルのパターンをウエハ上に投影するための投影レンズである。６はウエハ、７はウエハ６を保持するためのウエハチャックである。８はウエハチャック７を上下に駆動可能なウエハＺステージである。９はウエハＺステージ８を保持してウエハ面に平行なＸＹ方向に駆動可能なウエハＸＹステージである。ウエハチャック７、ウエハＺステージ８及び９でウエハＸＹステージウエハステージが構成されている。１０はＸＹステージを搭載するステージベースである。

１１はウエハ６の表面とほぼ等しい高さ位置に設けられたウエハステージ位置基準マークである。１２は投影レンズ５を通過して戻ってきたウエハステージ位置基準マーク１１の検出を行うＴＴＬ観察光学系である。１３は、ＴＴＬ観察光学系演算処理部である。１４は投影レンズ５とは別個に設けられたオフアクシス観察光学系である。１５はオフアクシス観察光学系演算処理部、１６は本投影露光装置全体を制御する制御部である。

レチクル２上の位置検出マーク３の像は、投影レンズ５を介してウエハステージ基準マーク１１上に投影され、ウエハステージ基準マーク１１からの反射光がＴＴＬ位置観察光学系１２で検出される。これによって、ウエハステージ８の原点からレチクル位置検出マーク３の像までの距離が求められる。

次いで、ウエハステージ８を作動させて、ウエハステージ基準マーク１１をオフアクシス位置観察光学系１４の下に移動させ、オフアクシス位置観察光学系１４でウエハステージ基準マーク１１の位置検出マーク像を検出する。これによって、ウエハステージ８の原点からオフアクシス観察光学系１４までの距離が求められる。

投影レンズ５で計測されたウエハステージ基準マーク１１の位置情報とオフアクシス観察光学系１４で計測されたウエハステージ基準マーク１１の位置情報に基づいて、投影レンズとオフアクシス観察光学系との間の相対距離（ベースライン量）が求められる。

このように、オフアクシス観察光学系１４とＴＴＬ観察光学系１２とを備え、ベースライン量を管理することによってレチクルとウエハとのアライメントを間接的に行う露光装置では、ベースライン量を的確に管理することがアライメント精度を向上するうえで極めて重要である。

また、ＴＴＬ観察光学系１２を用いた基準マークのベストフォーカス位置検出方法においては、レチクル側及びウエハ側の各々のフォーカス精度を的確に検出し、管理することがフォーカス精度を向上するうえで極めて重要である。

一方、露光処理を継続して行うとレチクルステージ及びウエハステージの駆動による熱が発生し、露光光照射による熱も発生する。これらの熱による温度変化は、ベースライン及びベストフォーカスの変動を発生させ、アライメント精度及びフォーカス精度の劣化につながる。そこで、ウエハの交換毎又は一定枚数毎に計測を行う方法が行なわれている。

このような計測方法では、図１５に示すように、ベースライン計測においてオフアクシス観察光学系１４及びＴＴＬ観察光学系１２の両方の計測を同じベースライン計測タイミングに応じて行っている。以下、図１５に示す計測タイミングの設定方法を説明する。

ステップ１５０１では、露光処理を開始する。ステップ１５０２では、制御部１６は、ベースライン計測タイミングであるか否かを判断する。ベースライン計測タイミングである場合には（ステップ１５０２で「Ｙｅｓ」）、ステップ１５０３に進み、ベースライン計測タイミングでない場合には（ステップ１５０２で「Ｎｏ」）、ステップ１５０６に進む。ステップ１５０３では、ＴＴＬ観察光学系１２が計測を行い、ステップ１５０４では、オフアクシス観察光学系１４が計測を行う。ステップ１５０５では、制御部１６は、計測が行われた観察光学系の値を組み合わせて、ジョブで設定された補正項目の補正値を算出する。ステップ１５０６では、制御部１６は、ウエハ位置合わせを行うよう制御し、ステップ１５０７で露光を行う。ステップ１５０８では、制御部１６は、ウエハの全ショットで露光が終了したか否かを判断する。全ショットで露光が終了している場合には（ステップ１５０８で「Ｙｅｓ」）、ウエハの露光処理を終了し、未露光のショットがある場合には（ステップ１５０８で「Ｎｏ」）、ステップ１５０２に戻る。

このように、従来の計測方法では、ＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４が同じベースライン計測タイミングで計測を行っている。

従来の計測方法では、装置状態に関わらず、予め設定した設計タイミングで計測が実行される。

例えば、ベースライン計測においては、オフアクシス観察光学系及びＴＴＬ観察光学系の両方で計測が行われるが、必ずしも両方の光学系で補正が必要な程度にパラメータの変動が生じているとは限らず、一方の変動が大きく、他方の変動は小さいこともありうる。

同様に、フォーカス計測系においても、レチクル側及びウエハ側のフォーカス変動において、一方の変動が大きく、他方の変動が小さいこともありうる。

その結果、観察光学系毎に適した計測タイミングが設定されず、スループットを更に向上させるための対策が望まれていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の観察光学系の各々に適した計測タイミングで計測を行うことを目的とする。

本発明の第１の側面は、物体上に形成されたマークを複数の観察光学系を介して撮像し、該撮像結果に基づいて該マークの位置に関する位置情報を計測する位置計測装置に係り、前記位置情報の変動量に基づいて前記複数の観察光学系の各々の計測タイミングを算出する演算処理部と、前記各々の計測タイミングに従って前記複数の観察光学系の各々を独立して制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の側面は、物体上に形成されたマークを複数の観察光学系を介して撮像し、該撮像結果に基づいて該マークの位置に関する位置情報を計測する位置計測方法に係り、前記位置情報の変動量に基づいて前記複数の観察光学系の各々の計測タイミングを算出する工程と、前記各々の計測タイミングに従って前記複数の観察光学系の各々を独立して制御する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第３の側面は、半導体露光装置に係り、パターンを形成した原版に照射される露光光を基板に投影するための光学系と、上記の位置計測装置を用いて前記基板または前記原版を保持し位置決めを行うステージ装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の第４の側面は、デバイス製造方法に係り、上記の半導体露光装置を用いて潜像パターンが形成された基板を用意する工程と、前記潜像パターンを現像する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の観察光学系の各々に適した計測タイミングで計測を行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の好適な実施の形態に係る投影露光装置の概略図である。１は光源、２はレチクル、３はレチクル２上に配置された位置検出マークである。４は光源１からの光をレチクル２上に均一に照明するための照明光学系である。５はレチクルのパターンを物体としてのウエハ上に投影するための投影レンズである。６はウエハ、７はウエハ６を保持するためのウエハチャックである。８はウエハチャック７を上下に駆動可能なウエハＺステージである。９はウエハＺステージ８を保持してウエハ面に平行なＸＹ方向に駆動可能なウエハＸＹステージである。ウエハチャック７、ウエハＺステージ８及びウエハＸＹステージ９でウエハステージが構成される。１０はＸＹステージを搭載するステージベースである。

１１はウエハＺステージ８上に固定されたウエハステージ位置基準マークである。１２は投影レンズ５を通過して戻ってきたウエハステージ位置基準マーク１１の像を検出するためのＴＴＬ観察光学系である。１３は、ＴＴＬ観察光学系演算処理部である。１４は投影レンズ５とは別個に設けられたオフアクシス観察光学系である。１５はオフアクシス観察光学系演算処理部、１６は投影露光装置全体を制御する制御部である。１７は計測タイミング演算処理部、３１は計測ばらつきデータファイル、３２は変動許容量設定データファイルである。３３はデータファイル３１及び変動許容量設定データファイル３２を記憶する記憶部である。

次に、本発明の好適な実施の形態に係る投影露光装置をベースライン計測に適用した場合の一例を示す。

ベースライン計測は、ＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４でウエハステージ基準マーク１１を計測することによって行われる。従来では、図１に示すように、同じ計測タイミングでＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４による複数の観察光学系を用いた計測が行われている。このような計測では、レチクル側のフォーカス計測、ウエハ側のフォーカス計測及び計測対象のマークに対する調光が行われた後に、粗位置検出及び精密位置検出が行われ、位置ずれ量（位置変動量）が求められている。これらの計測における計測タイミングは、予めジョブに設定されて、露光時のウエハの交換又は一定枚数毎の計測タイミングで計測が行われている。

次に、本発明の好適な実施の形態に係る計測タイミングの一例を以下に示す。最初に、各観察光学系における計測タイミングの設定例について説明する。

まず、各観察光学系に独立した計測タイミングを与える為の計測ばらつきデータファイル３１を作成する。具体的には、計測ばらつきデータファイル３１を作成するためには、露光条件（露光量、スキャン速度等を含む）を変化させて、露光負荷増加時及び減少時に露光処理を行うと同時に各観察光学系で計測を行う。そして、検出された位置変動量ｂを露光条件毎に露光経過時間（ウエハ枚数）と関連付けて記録することによって、計測ばらつきデータファイル３１が作成される。計測ばらつきデータファイル３１によって、露光負荷増加時及び減少時における各観察光学系の計測ばらつきを求めることができる。

次いで、露光装置が未稼働状態である時（休止時間）の各観察光学系に対して、定期的に位置計測を行い、経過時間（露光経過時間を除く）に対する位置変動量ｂを計測ばらつきデータファイル３１に記録する。同様に、気圧変動に値する位置変動量ｂを計測ばらつきデータファイル３１に記録する。

次いで、各観察光学系に精度規格等を考慮して、計測ばらつきデータファイル３１の値に対し、位置変動の許容量（位置変動許容量）を設定する。経過時間に対する位置変動量ｂ及び気圧変動に対する位置変動量ｂについても、位置変動量が位置変動許容量を超える境界値をそれぞれ経過時間変動許容値及び気圧変動許容値に設定し、変動許容量設定データファイル３２に記録する。このように、各露光条件下で計測された位置変動量を含むデータファイル３１、３２を作成することによって、各露光条件に適した計測タイミングを算出することができる。

次に、本発明の好適な実施の形態に係る位置計測方法のフローを図１３を参照しながら説明する。本実施形態に係る位置計測方法では、ウエハ６上に形成されたウエハステージ位置基準マーク１１をＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４を介して撮像し、これらの撮像結果に基づいてウエハステージ位置基準マーク１１の位置情報を計測する。

まず、ステップ１３０１では、計測タイミング演算処理部１７は、ＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４の各々の計測タイミングを算出する。具体的には、計測タイミング演算処理部１７は、ウエハステージ位置基準マーク１１の位置情報の変動量に基づいてＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４の各々の計測タイミングを算出する。

次いで、ステップ１３０２では、制御部１６は、ステップ１３０１で算出された各々の計測タイミングに従ってＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４の各々を独立して制御する。なお、ステップ１３０２における制御の詳細なフローは、後述のように図８、図９及び図１１に例示的に示されるが、これらの方法に限定されず適宜変更することができる。

次に、各観察光学系において、露光負荷変動、気圧変動及び経過時間等の各種露光条件が変動した場合における計測タイミングの決定方法の一例を示す。まず、露光装置に対して露光負荷の増減が発生している場合について、図３を参照して説明する。

図３は、露光経過時間（ウエハ枚数）に対する計測ばらつきデータファイル３１に記録された位置変動量ｂと各観察光学系で計測された値とが変動していく結果を表した図である。計測変動許容値Ｂ０は、変動許容量設定データファイル３２に設定されている値である。変動量ｂが計測変動許容値Ｂ０を超える露光経過時間ｔ１を求め、最初の計測タイミング時間ｔ１を決定する。計測タイミングｔ１に従って、該当する観察光学系の計測を行う。そして、計測変動許容値Ｂ０と、今回計測して得られた計測変動量Ｃ１とを比較して、増減変化係数Ｈを求める（Ｈ＝ａ＊Ｃ１/Ｂ０（ａは調整係数））。増減変化係数Ｈに基づいて、計測ばらつきデータファイル３１に記録された位置変動量ｂを更新する。同様にして、更新された位置変動量ｂを用いて、次に計測変動許容値Ｂ０を超える露光経過時間ｔ２を求め、次回の計測タイミング時間ｔ２を決定する。増減変換係数Ｈに基づいて、計測ばらつきデータファイルを更新するときは、最新の値のみを扱ってもよいが、今回計測された計測変動量Ｃ１を、過去数回の位置変動量ｂに対して、平均又は時間的な重み付けをして求めてもよい。このような方法を同様に繰り返すことによって、次回の計測タイミング時間が決定される。

これによって、計測変動量Ｃ１が計測変動許容値Ｂ０に対して大きな変化であった場合には、次回の計測タイミング時間が予定よりも短い時間に設定され、小さい変化であった場合には、予定よりも長い時間に設定することができる。

次に、気圧変動に対する計測タイミング設定について説明する。

図４は、計測ばらつきデータファイル３１に記録された位置変動量ｂに基づいて、気圧変動に対して各観察光学系で計測された値が変動している一例を示す図である。これに基づいて各観察光学系において、計測変動許容値Ｂ０を超える許容変動気圧ｅ１を決定し、変動許容量設定データファイル３２に設定する。

図５は、許容変動気圧ｅ１を越えたときに計測された計測変動量Ｃ１から次の許容変動気圧ｅ２を決定する一例を示す図である。上述のように設定された許容変動気圧ｅ１に従って、この値を超える変化を検知した場合に、該当する観察光学系で計測を行う。そして、計測変動許容値Ｂ０に対して、計測して得られた今回の計測変動量Ｃ１を比較し、計測変動許容値Ｂ０を超える位置を求め、次回の許容変動気圧ｅ２を決定する。次回は、変更になった許容変動気圧ｅ２を越えたら計測を実施する。

この場合においても、計測変動量Ｃ１で、計測ばらつきデータファイルを更新するときは、最新の値のみを扱ってもよいが、今回計測された計測変動量Ｃ１を、過去数回の位置変動量ｂに対して、平均又は時間的な重み付けをして求めてもよい。このような方法を同様に繰り返して、次回の計測タイミング時間を決定していく。

次に、経過時間に対する計測タイミング設定について説明する。

図６は、計測ばらつきデータファイル３１に記録された位置変動量ｂを基に、経過時間に対する各観察光学系で計測された値が変動している例を表した図である。これを基に各観察光学系において、計測変動許容値Ｂ０を超える許容経過時間ｆ１を決定し、変動許容量設定データファイル３２に設定する。この設定された許容経過時間ｆ１に従って、この時間を越えた場合に、該当観察光学系で計測を行う。

図７は、許容経過時間ｆ１を越えたときに計測された計測変動量Ｃ１から次の許容経過時間ｆ２を決定することを示す図である。上述のように設定された許容経過時間ｆ１に従って、この値を超える変化を検知した場合に、該当する観察光学系で計測を行う。そして、計測変動許容値Ｂ０に対して、計測して得られた今回の計測変動量Ｃ１を比較し、計測変動許容値Ｂ０を超える時間を求めて、次回の許容経過時間ｆ２を決定する。次回は、変更になった許容経過時間ｆ２を越えたら計測を実施する。

以上により、各観察光学系における計測タイミングの決定を行う。

次に、計測タイミングの設定方法を露光装置運用に適用した場合の例を図８を用いて説明する。図８は、図１３のステップ１３０２における制御の詳細を示すフローチャートである。なお、本露光処理工程においてジョブには補正を実施する項目が予め設定されている。露光装置の立ち上げ当初では、各観察光学系の計測値が存在しないため、従来通りジョブに設定されている計測タイミングで各観察光学系の計測を行う。

ステップ１０１では、露光処理を開始する。

ステップ１０２では、制御部１６は、観察光学系Ａの計測タイミングであるか否かを判断する。観察光学系Ａの計測タイミングである場合には（ステップ１０２で「Ｙｅｓ」）、ステップ１０５に進み、観察光学系Ａの計測タイミングでない場合には（ステップ１０２で「Ｎｏ」）、ステップ１０３に進む。

ステップ１０３では、制御部１６は、観察光学系Ｂの計測タイミングであるか否かを判断する。観察光学系Ｂの計測タイミングである場合には（ステップ１０３で「Ｙｅｓ」）、ステップ１０６に進み、観察光学系Ｂの計測タイミングでない場合には（ステップ１０３で「Ｎｏ」）、ステップ１０４に進む。

ステップ１０４では、制御部１６は、観察光学系Ｃの計測タイミングであるか否かを判断する。観察光学系Ｃの計測タイミングである場合には（ステップ１０４で「Ｙｅｓ」）、ステップ１０７に進み、観察光学系Ｂの計測タイミングでない場合には（ステップ１０４で「Ｎｏ」）、ステップ１０８に進む。

ステップ１０５では、観察光学系Ａがウエハステージ位置基準マーク１１の位置情報を計測し、ステップ１０６では、観察光学系Ｂがウエハステージ位置基準マーク１１の位置情報を計測し、ステップ１０７では、観察光学系Ｃがウエハステージ位置基準マーク１１の位置情報を計測する。このように、各観察光学系Ａ〜Ｃに対して計測タイミングであるか否かどうかを判断し、対象となっている観察光学系Ａ〜Ｃが計測を行う。

ステップ１０８では、制御部１６は、ステップ１０５〜１０７のいずれかで計測が行われているか否かを判断する。ステップ１０５〜１０７のいずれかで計測が行われている場合には（ステップ１０８で「Ｙｅｓ」）、ステップ１０９に進み、ステップ１０５〜１０７のいずれでも計測が行われていない場合には（ステップ１０８で「Ｎｏ」）、ステップ１１１に進む。

ステップ１０９では、制御部１６は、計測が行われた観察光学系の値を組み合わせて、ジョブで設定された補正項目の補正値を算出する。

ステップ１１０では、計測タイミング演算処理部１７は、露光経過時間、気圧変動及び経過時間に対する計測ばらつきデータファイル３２のデータの更新を行い、最新データに基づいて次回の計測タイミングを算出する。

ステップ１１１では、制御部１６は、ウエハ位置合わせを行うよう制御し、ステップ１１２で露光を行う。

ステップ１１３では、制御部１６は、ウエハの全ショットで露光が終了したか否かを判断する。全ショットで露光が終了している場合には（ステップ１１３で「Ｙｅｓ」）、ウエハの露光処理を終了し、未露光のショットがある場合には（ステップ１１３で「Ｎｏ」）、ステップ１０２に戻る。

次に、計測タイミングの設定方法をベースライン計測に適用した場合の例を図９を用いて説明する。図９は、図１３のステップ１３０２における制御の詳細を示すフローチャートである。なお、ペースライン計測の場合では、ＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４を用いて計測を行う。本露光処理工程においてジョブには補正を実施する項目としてベースライン補正が予め設定されている。

ステップ２０１では、露光処理を開始する。

ステップ２０２では、制御部１６は、ＴＴＬ観察光学系１２の計測タイミングであるか否かを判断する。ＴＴＬ観察光学系１２の計測タイミングである場合には（ステップ２０２で「Ｙｅｓ」）、ステップ２０５に進み、ＴＴＬ観察光学系１２の計測タイミングの計測タイミングでない場合には（ステップ２０２で「Ｎｏ」）、ステップ２０３に進む。

ステップ２０３では、制御部１６は、オフアクシス観察光学系１４の計測タイミングであるか否かを判断する。オフアクシス観察光学系１４の計測タイミングである場合には（ステップ２０３で「Ｙｅｓ」）、ステップ２０６に進み、オフアクシス観察光学系１４の計測タイミングでない場合には（ステップ２０３で「Ｎｏ」）、ステップ２０７に進む。このように、ＴＴＬ観察光学系１２が計測必要と判断された場合は、ＴＴＬ観察光学系１２が計測され、オフアクシス観察光学系１４が計測必要と判断された場合は、オフアクシス観察光学系１４が計測される。

ステップ２０５では、ＴＴＬ観察光学系１２がウエハステージ位置基準マーク１１の位置情報を計測し、ステップ２０６では、オフアクシス観察光学系１４がウエハステージ位置基準マーク１１の位置情報を計測する。

ステップ２０７では、制御部１６は、ステップ２０５、２０６の少なくとも一方で計測が行われているか否かを判断する。ステップ２０５、２０６の少なくとも一方で計測が行われている場合には（ステップ２０７で「Ｙｅｓ」）、ステップ２０８に進み、ステップ２０５、２０６のいずれでも計測が行われていない場合には（ステップ２０７で「Ｎｏ」）、ステップ２１０に進む。

ステップ２０８では、制御部１６は、ＴＴＬ観察光学系１２及びオフアクシス観察光学系１４で位置情報の計測が行われた場合には、両方の観察光学系の値を組み合わせる。オフアクシス観察光学系１４のみが計測された場合は、保持している最新のＴＴＬ観察光学系１２の値と組み合わせる。ＴＴＬ観察光学系１２のみが計測された場合は、保持している最新のオフアクシス観察光学系１４の値と組み合わせる。このようにして、制御部１６は、ベースライン補正量を算出する。

ステップ２０９では、計測タイミング演算処理部１７は、露光経過時間、気圧変動及び経過時間に対する計測ばらつきデータファイル３２のデータの更新を行い、最新データに基づいて次回の計測タイミングを算出する。

ステップ２１０では、制御部１６は、ウエハ位置合わせを行うよう制御し、ステップ２１１で露光を行う。

ステップ２１２では、制御部１６は、ウエハの全ショットで露光が終了したか否かを判断する。全ショットで露光が終了している場合には（ステップ２１２で「Ｙｅｓ」）、ウエハの露光処理を終了し、未露光のショットがある場合には（ステップ２１２で「Ｎｏ」）、ステップ２０２に戻る。

また、露光経過時間から算出した計測タイミングが一定時間以上、現れない場合でも、許容経過時間や許容気圧変動から検知される計測タイミングにより、定期的に計測が行われる。

露光終了後に装置が未稼動状態にある時（休止時間）でも、許容経過時間や、許容気圧変動、露光負荷減少から計測タイミングが決定され、自動的に必要な観察光学系に対して計測が行われ、補正が行われてもよい。

このように、観察光学系毎に計測タイミングを独立にもたせ、観察光学系それぞれ固有の変動を考慮した計測タイミングを設定し、必要なものだけ計測させる。補正は、各計測値を組みあせた結果で補正する。

そして、計測したデータを用いて、計測ばらつきデータファイルを更新し、更新されたデータから、次回の計測タイミングの作成を行う為、補正計測に必要な時間の短縮が可能となる。

図１０は、ベースライン補正タイミングで、オフアクシス観察光学系１４の変化が大きい場合のオフアクシス観察光学系とＴＴＬ観察光学系の計測タイミングの一例を示す図である。

次に、これらをベストフォーカス計測に適用した場合の例について示す。

ベストフォーカス計測の場合、従来、ＴＴＬ観察光学系１２を使用して、レチクル側マーク３及びウエハステージ基準側マーク１１に対するフォーカス計測を行っている。

このような計測では、レチクル側のフォーカス計測及びウエハ側のフォーカス計測を同じ計測タイミングで行うか、ウエハ側のみで計測を行ってベストフォーカス位置が求められている。これらの計測タイミングは、ジョブに設定され、露光時のウエハの交換毎又は一定枚数毎の計測タイミングで計測が行われている。

本発明の好適な実施の形態に係る計測タイミングの一例を図１１を用いて説明する。図９は、図１３のステップ１３０２における制御の詳細を示すフローチャートである。なお、本露光処理工程において、ジョブには補正を実施する項目としてベストフォーカス補正が予め設定されている。

ステップ３０１では、露光処理を開始する。

ステップ３０２では、制御部１６は、ＴＴＬ観察光学系１２で計測されるレチクル側のフォーカス計測の計測タイミングであるか否かを判断する。ＴＴＬ観察光学系１２で計測されるレチクル側のフォーカス計測の計測タイミングである場合には（ステップ３０２で「Ｙｅｓ」）、ステップ３０５に進み、ＴＴＬ観察光学系１２で計測されるレチクル側のフォーカス計測の計測タイミングの計測タイミングでない場合には（ステップ３０２で「Ｎｏ」）、ステップ３０３に進む。

ステップ３０３では、制御部１６は、ウエハ側のフォーカス計測の計測タイミングであるか否かを判断する。ウエハ側のフォーカス計測である場合には（ステップ３０３で「Ｙｅｓ」）、ステップ３０６に進み、ウエハ側のフォーカス計測の計測タイミングでない場合には（ステップ３０３で「Ｎｏ」）、ステップ３０７に進む。

ステップ３０５では、レチクル側のフォーカス計測を行い、ステップ２０６では、ウエハ側のフォーカス計測を行う。

このように、ＴＴＬ観察光学系１２で計測されるレチクル側のフォーカス計測及びウエハ側のフォーカス計測に対して計測タイミングかどうかを判断する。レチクル側のフォーカス計測が必要と判断された場合は、レチクル側のフォーカス計測が行われ、ウエハ側のフォーカス計測が必要と判断された場合は、ウエハ側のフォーカス計測が行われる。

ステップ３０７では、制御部１６は、ステップ３０５、３０６の少なくとも一方で計測が行われているか否かを判断する。ステップ３０５、３０６の少なくとも一方で計測が行われている場合には（ステップ３０７で「Ｙｅｓ」）、ステップ３０８に進み、ステップ３０５、３０６のいずれでも計測が行われていない場合には（ステップ３０７で「Ｎｏ」）、ステップ３１０に進む。

ステップ３０８では、制御部１６は、レチクル側のフォーカス計測及びウエハ側のフォーカス計測で計測が行われた場合には、両方のフォーカス計測の値を組み合わせる。ウエハ側のフォーカス計測のみが計測された場合は、保持している最新のレチクル側のフォーカス計測値を用いてフォーカス補正量を算出する。レチクル側のフォーカス計測のみが計測された場合は、保持している最新のウエハ側のフォーカス計測値を用いてフォーカス補正量を算出する。このように、制御部１６は、ＴＴＬ観察光学系１２に対して、レチクル側の計測タイミングデータとウエハ側の計測タイミングを独立に持たせ、観察対象毎にそれぞれ固有の変動を考慮した計測タイミングを設定し、必要なものだけ計測させる。そして、各計測値を組みあせた結果を用いて補正を行う。

ステップ３１０では、制御部１６は、ウエハ位置合わせを行うよう制御し、ステップ３１１で露光を行う。

ステップ３１２では、制御部１６は、ウエハの全ショットで露光が終了したか否かを判断する。全ショットで露光が終了している場合には（ステップ３１２で「Ｙｅｓ」）、ウエハの露光処理を終了し、未露光のショットがある場合には（ステップ３１２で「Ｎｏ」）、ステップ３０２に戻る。

図１２では、レチクル側のフォーカスの変化が小さい時のレチクル側フォーカス計測とウエハ側フォーカス計測の計測タイミングの一例を示す図である。

なお、各観察光学系で計測された時間が同じ計測タイミングではなく、異なる時間で計測された各計測値を組み合わせて補正する点に関して、ベストフォーカス補正については、レチクル側のフォーカス計測値を考慮して、ウエハ側のフォーカス補正からベストフォーカス結果を算出するので正しく補正できる。

ベースライン補正について、ベースライン量は、投影光学系とオフアクシス光学系の相対距離の変動を計測するものである為、従来、各観察光学系の計測を同じ計測タイミングに実施している。しかしながら、露光装置を起動した後は、各観察光学系における計測値は、基本的には変化しないように装置側で状態を保持している。従って、装置起動後を基準として、それ以降は各観察光学系における状態変化を監視する。例えば、ＴＴＬ観察光学系１２で位置ずれ（位置変動）が発生し、オフアクシス観察光学系１４でも位置ずれ（位置変動）が発生し、相対的にベースライン量の変化がない状況があった場合では、該当する露光装置で予め計測された計測ばらつきデータファイルには、ＴＴＬ観察光学系１２とオフアクシス観察光学系１４で、同様の変化が記録される傾向にある。その結果、両方の観察光学系に対して同様の計測タイミングで計測が行われて、正しく補正することができる。

また、露光終了後の装置未稼動状態においても、許容経過時間や許容気圧変動から計測タイミングが決定され、自動的に必要な観察光学系に対する計測が行われ、補正がされる。そのため、ジョブ開始直後に必ずしも補正計測を行う必要がなくなる。

[半導体デバイスの製造プロセス]
次に、本発明の好適な露光装置を半導体デバイスの製造プロセスに適用する場合について説明する。図１４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図である。ステップ１（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２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、ステップ３（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。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、本発明の好適な実施の形態に係る投影露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５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、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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。

本発明の好適な実施の形態に係る投影露光装置の概略説明図である。 従来の投影露光装置の概略説明図である。 露光経過時間（ウエハ枚数）に対する計測タイミング決定方法を示す図である。 気圧変動に対する観察光学系で計測された値が変動する一例を示す図である。 許容変動気圧を越えたときに変動量から次の許容変動気圧を決定する方法を示す図である。 経過時間に対する観察光学系で計測された値が変動する一例を示す図である。 許容経過時間を越えたときに変動量から次の許容経過時間を決定する方法を示す図である。 計測タイミング設定方法を露光装置運用に適用した場合のフローを示す図である。 ベースライン計測に適用した場合のフローを示す図である。 ベースライン計測タイミングと補正タイミングを示す図である。 ベストフォーカス計測に適用した場合のフローを示す図である。 ベストフォーカス計測タイミングと補正タイミングを示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る位置計測方法のフローを示す図である。 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。 従来のベースライン計測のフローを示す図である。

符号の説明

１１：ウエハステージ基準マーク
１２：ＴＴＬ観察光学系
１４：オフアクシス観察光学系
１６：制御部
１７：計測タイミング演算処理部

Claims (8)

1. 物体上に形成されたマークを複数の観察光学系を介して撮像し、該撮像結果に基づいて該マークの位置に関する位置情報を計測する位置計測装置であって、
   前記位置情報の変動量に基づいて前記複数の観察光学系の各々の計測タイミングを算出する演算処理部と、
   前記各々の計測タイミングに従って前記複数の観察光学系の各々を独立して制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする位置計測装置。
2. 前記演算処理部は、所定の露光条件下で計測された前記位置情報の変動量を含むデータファイルを作成し、前記データファイルに基づいて前記複数の観察光学系の各々の計測タイミングを算出することを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
3. 前記演算処理部は、前記所定の露光条件下で新たに計測された前記位置情報の変動量に基づいて前記データファイルを更新し、該更新したデータファイルに基づいて前記複数の観察光学系の各々の次の計測タイミングを算出することを特徴とする請求項２に記載の位置計測装置。
4. 前記データファイルには、露光経過時間、経過時間及び気圧変動の少なくとも１つと前記位置情報の変動量とが関連付けて記憶され、
   前記演算処理部は、前記露光経過時間、前記経過時間及び前記気圧変動の少なくとも１つと前記位置情報の変動量とに基づいて前記複数の観察光学系の各々の計測タイミングを算出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の位置計測装置。
5. 物体上に形成されたマークを複数の観察光学系を介して撮像し、該撮像結果に基づいて該マークの位置に関する位置情報を計測する位置計測方法であって、
   前記位置情報の変動量に基づいて前記複数の観察光学系の各々の計測タイミングを算出する工程と、
   前記各々の計測タイミングに従って前記複数の観察光学系の各々を独立して制御する工程と、
   を含むことを特徴とする位置計測方法。
6. パターンを形成した原版に照射される露光光を基板に投影するための光学系と、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の位置計測装置を用いて前記基板または前記原版を保持し位置決めを行うステージ装置と、
   を備えることを特徴とする半導体露光装置。
7. 前記データファイルは、当該半導体露光装置の休止時間に作成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体露光装置。
8. 請求項７に記載の半導体露光装置を用いて潜像パターンが形成された基板を用意する工程と、
   前記潜像パターンを現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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