JP2007142078A - 位置計測方法及び装置、露光方法及び装置、測定検査装置、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】物体に形成されたマークの位置を短時間で特定することができる位置計測方法及び装置、当該方法を用いる露光方法、当該装置を備える露光装置及び測定検査装置、並びにプログラムを提供する。
【解決手段】計測対象のレチクルマークＲＭは、位置計測装置の視野よりも広い計測領域ＳＲ内に配置されている。この計測領域ＳＲ内を、撮像位置Ｐ１から撮像位置Ｐ１０まで順に所定間隔をあけながら位置計測装置の計測視野の大きさ毎の画像を撮像する。撮像位置Ｐ１〜Ｐ１０の間隔は、位置計測装置の計測視野の大きさとレチクルマークＲＭの形状及び大きさとの相対関係に基づいて設定される。上記の撮像結果を用いて計測領域ＳＲ内におけるレチクルマークＲＭの位置を特定した後にレチクルマークＲＭを位置計測装置の計測視野内に配置して位置情報を求める。
【選択図】図６

Description

本発明は、マークの位置情報を計測する位置計測方法及び装置、当該方法を用いる露光方法、当該装置を備える露光装置及び測定検査装置、並びにマークの位置情報を計測するプログラムに関する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイスは、複数のマスクを交換しながら露光処理、現像処理、及び各種の基板処理を数回〜数十回程度繰り返し行い、複数のレイヤを重ね合わせることにより製造される。露光装置を用いた露光処理においては、各レイヤを形成する度に、マスク及び基板の位置計測並びにマスクと基板との位置合わせ（以下、これらをアライメントという）を行うアライメント工程、露光光をマスクに照射してマスクを介した露光光で基板を露光する露光工程が行われる。

上記のアライメント工程では、アライメントセンサを用いてマスク又は基板に形成されたマークの位置計測が行われる。アライメントセンサは低倍の光学系と高倍の光学系とを備えており、まず低倍の光学系で計測視野を広くしてマークの大まかな位置情報を計測（サーチ計測）し、次いでサーチ計測の計測結果に基づいてマスク又は基板の位置を補正した上で高倍の光学系で高い精度でマークの位置情報を計測（ファイン計測）している。

しかしながら、従来のアライメントセンサは、低倍の光学系と高倍の光学系とを備えるために高コストであり、また各々の光学系に対応して撮像素子が設けられているため撮像素子の発熱が露光装置内の温度管理に影響を与えてしまう。そこで、近年においては、低倍の光学系を省略したアライメントセンサが用いられてきている。以下の特許文献１には、計測視野よりも広い計測領域（マークを探索すべき領域）内を計測視野の大きさで分割し、この分割した領域を順に撮像することにより計測領域全体を撮像し、得られた画像信号の各々を画像処理することで計測領域内におけるマークの位置を特定する技術が開示されている。
特開平１０−２２２０１号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された技術では、高倍の計測視野で計測領域の全域を撮像していたためマークの位置を特定するまでに長時間を要する。マークの位置計測は、マスクについてはマスクの交換の度に行われ、基板については基板の交換毎に行われるため、マークの位置計測に長時間を要すると、露光装置のスループット（単位時間に露光処理することができる基板の枚数）が低下してしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、物体に形成されたマークの位置を短時間で特定することができる位置計測方法及び装置、当該方法を用いる露光方法、当該装置を備える露光装置及び測定検査装置、並びにプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の露光方法は、所定の大きさの計測視野（Ｖ１）を有する位置計測装置（１４）を用いて物体（Ｒ）上に形成されたマーク（ＲＭ）を撮像して前記マークの位置情報を計測する位置計測方法であって、前記計測視野よりも広い計測領域（ＳＲ）内を、前記計測視野と前記マークとの相対関係に基づく所定の間隔をあけながら前記計測視野の大きさ毎の画像を順次撮像する第１ステップ（Ｓ２１）と、前記第１ステップで撮像して得られた信号の各々に対して所定の処理を施して前記計測領域内における前記マークの位置情報を求める第２ステップ（Ｓ２２）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、計測視野よりも広い計測領域内が、所定の間隔をあけながら計測視野の大きさ毎の画像が順次撮像され、この撮像により得られた信号から計測領域内に配置された物体のマークの位置情報が求められる。
上記課題を解決するために、本発明の位置計測装置は、所定の大きさの計測視野（Ｖ１）を撮像する撮像素子（１４ａ）を備え、当該撮像素子を用いて物体（Ｒ）上に形成されたマーク（ＲＭ）を撮像して前記マークの位置情報を計測する位置計測装置（１４）において、前記物体を載置して移動するステージ（ＲＳＴ）と、前記計測視野よりも広い計測領域（ＳＲ）内が、前記計測視野と前記マークとの相対関係に基づく所定の間隔をあけながら前記計測視野の大きさ毎の画像を順次撮像されるよう前記ステージと前記撮像素子とを制御する制御装置（ＭＣ）と、前記撮像素子から得られた信号の各々に対して所定の処理を施して前記計測領域内における前記マークの位置情報を求める位置算出装置（２１）とを含むことを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の露光方法は、マスク（Ｒ）のパターン（ＤＰ）を基板（Ｗ）上に露光する露光方法であって、上記の位置計測方法を用いて前記マスク及び前記基板の少なくとも一方に形成されたマークの位置情報を計測する工程（Ｓ１２）を含むことを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（ＲＳＴ）と基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（ＷＳＴ）とを備え、前記マスクのパターンを前記基板上に露光する露光装置（ＥＸ）であって、前記マスクに形成されたマーク（ＲＭ）及び前記基板に形成されたマーク（ＡＭ）の少なくとも一方の位置情報を計測する上記の位置計測装置（１４、２０）を備えることを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の測定検査装置は、基板（Ｗ）に対して前記所定の測定及び所定の検査の少なくとも一方を行う測定検査装置であって、前記基板に形成されたマークの位置情報を計測する上記の位置計測装置を備えることを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明のプログラムは、所定の大きさの計測視野（Ｖ１）を有する位置計測装置（１４）を用いて物体（Ｒ）上に形成されたマーク（ＲＭ）の位置情報の計測をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記計測視野よりも広い計測領域（ＳＲ）内を、前記計測視野と前記マークとの相対関係に基づく所定の間隔をあけながら前記計測視野の大きさ毎の画像を順次撮像させる機能と、撮像して得られた信号の各々に対して所定の処理を施して前記計測領域内における前記マークの位置情報を求める機能とをコンピュータに実現させることを特徴としている。
このプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ（登録商標）−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されていてもよい。この記録媒体に記録されたプログラムをＣＤ−ＲＯＭドライブ又はＤＶＤ（登録商標）−ＲＯＭドライブ等のドライブ装置を用いて読み取れば、コンピュータにインストールすることができる。

本発明によれば、計測視野よりも広い計測領域内を所定の間隔をあけながら計測視野の大きさ毎の画像を順次撮像してマークの位置情報を求めているため、位置計測装置の計測視野が計測領域より小さくても、計測領域内に配置された物体のマークの位置を短時間で特定することができるという効果がある。
また、本発明によれば、マスク及び基板の少なくとも一方に形成されたマークの計測領域内における位置が短時間で特定されるため、露光処理におけるスループットを向上させることができるという効果がある。
更に、本発明によれば、マスクに形成されたマークの計測領域内における位置が短時間で特定されるため、測定検査装置で行われる所定の測定及び所定の検査の少なくとも一方を効率的に行うことができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による位置計測方法及び装置、露光方法及び装置、測定検査装置、並びにプログラムについて詳細に説明する。

〔位置計測装置及び露光装置〕
図１は、本発明の一実施形態による位置計測装置を備える本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す側面図である。図１に示す露光装置ＥＸは、半導体素子を製造するための露光装置であり、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウェハＷとを同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンＤＰを逐次ウェハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置である。尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、露光時におけるレチクルＲ及びウェハＷの同期移動方向（走査方向）はＹ方向に設定されているものとする。

図１に示す露光装置ＥＸは、レチクルＲ上のＸ方向に延びるスリット状（矩形状又は円弧状）の照明領域を均一な照度を有する露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンＤＰの像をフォトレジストが塗布されたウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウェハＷを保持するウェハステージＷＳＴと、これらを制御する主制御系ＭＣとを含んで構成されている。

照明光学系ＩＬＳは、光源ユニット、オプティカル・インテグレータを含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（何れも不図示）を含んで構成されている。この照明光学系ＩＬＳの構成等については、例えば特開平９−３２０９５６に開示されている。ここで、上記の光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、若しくはＦ_２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）等の紫外レーザ光源、銅蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等を使用することができる。

レチクルステージＲＳＴは、真空吸着又は静電吸着等によりレチクルＲを保持するものであり、照明光学系ＩＬＳの下方（−Ｚ方向）に水平に配置されたレチクル支持台（定盤）１１の上面上で走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能に構成されている。また、このレチクルステージＲＳＴは、レチクル支持台１１に対してＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）にそれぞれ微小駆動可能に構成されている。

レチクルステージＲＳＴ上の一端には移動鏡１２が設けられており、レチクル支持台１１上にはレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計という）１３が配置されている。レチクル干渉計１３は、移動鏡１２の鏡面にレーザ光を照射してその反射光を受光することにより、レチクルステージＲＳＴのＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）の位置を検出する。レチクル干渉計１３により検出されたレチクルステージＲＳＴの位置情報は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、レチクルステージＲＳＴを駆動するレチクル駆動装置１５を介してレチクルステージＲＳＴの動作を制御する。

レチクルステージＲＳＴの上方（＋Ｚ方向）にはレチクルＲに形成された位置計測用のマーク（以下、レチクルマークという）を計測するレチクルアライメントセンサ１４が配置されている。このレチクルアライメントセンサ１４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子１４ａを備えたＶＲＡ（Video Reticle Alignment）方式のアライメントセンサである。レチクルアライメントセンサ１４が備える撮像素子１４ａは、ビニング機能を備えており、撮像面に入射する光学像を二次元画像信号に変換して二次元画像信号又は一次元信号を出力するものである。

ここで、ビニング機能とは、複数の画素のうちの隣り合う数個の画素を１つの画素として扱う機能である。例えば、撮像素子１４ａの画素が水平方向（例えば、Ｘ方向に沿う方向）に１００画素、垂直方向（例えば、Ｙ方向に沿う方向）に１００画素からなるとした場合に、ビニング機能によって水平方向及び垂直方向共に４画素を１画素として扱うと、水平方向２５画素、垂直方向２５画素からなる二次元画像信号が得られる。尚、ビニング機能は、水平方向及び垂直方向の何れか一方のみについて適用することも可能である。例えば、垂直方向のみ４画素を１画素として扱うと、水平方向１００画素、垂直方向２５画素からなる二次元画像信号が得られる。また垂直方向の画素を全て１画素として扱うと一次元信号を得ることができる。本実施形態では、主制御系ＭＣからの制御信号によって上記のビニング機能を用いるか否かを制御することができる。ビニング機能を用いない場合には、撮像素子１４ａが本来有する画素数からなる二次元画像信号が得られる。

レチクルアライメントセンサ１４の計測結果は主制御系ＭＣへ供給され、主制御系ＭＣに設けられた信号処理部２１で画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理が施されてレチクルマークの位置情報が求められる。主制御系ＭＣは、この位置情報に基づいてレチクル駆動装置１５を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び姿勢を制御する。尚、上記のレチクルアライメントセンサ１４は、Ｘ方向への移動が可能に構成されており、レチクルマークの計測を行う場合にはレチクルＲ上に配置されるが、ウェハＷの露光を行う場合には所定の待避位置に待避される。

ここで、レチクルマークについて説明する。図２は、レチクルＲに形成されるレチクルマークの一例を示す図である。図２（ａ）に示す通り、レチクルＲには、その中央部にウェハＷに転写するパターンＤＰが形成されたパターン形成領域ＰＲが設けられている。レチクルマークＲＭは、パターン形成領域ＰＲ外であって、レチクルＲの±Ｘ方向の端部に形成されている。尚、図２（ａ）に示す例では、レチクルＲの±Ｘ方向の端部にそれぞれ１つづつレチクルマークＲＭが形成されている例を図示しているが、これらは各端部に複数個ずつ形成されていても良い。このレチクルマークＲＭは、クロム（Ｃｒ）等からなる金属膜を所定形状にパターニングしたものである。図２（ｂ）に例示するレチクルマークＲＭは、レチクルＲの底面（投影光学系ＰＬ側に配される面）に成膜されたクロム（Ｃｒ）等からなる金属膜を、「田」字形状にパターニングしたものである。尚、レチクルＲに形成されるレチクルマークＲＭは、図２（ｂ）に示すものに限られない。例えば、十字形状等の他の形状のマークを用いることもできる。

次に、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野について説明する。図３は、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野及び計測領域の大きさとレチクルマークＲＭの大きさとの関係を説明するための図である。図３において、符号Ｖ１を付した矩形領域は、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野を示している。また、符号ＳＲを付した矩形領域は、レチクルアライメントセンサ１４でレチクルマークＲＭを探索する計測領域を示している。図３に示す通り、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野は、レチクルマークＲＭよりも僅かに大きくなるように設定されている。

本実施形態では、コスト削減を図るとともに撮像素子１４ａの発熱による悪影響を防止する観点から、レチクルアライメントセンサ１４は、低倍の光学系が省略されて高倍の光学系のみを備えている。このため、上述の通り、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野は、レチクルマークＲＭよりも僅かに大きくなるように設定されている。計測領域ＳＲは、省略された低倍の光学系を用いた場合のレチクルアライメントセンサ１４の計測視野と同程度の大きさを、高倍による計測視野Ｖ１と比較するために示すものである。

図３に示す計測領域ＳＲの面積は、計測視野Ｖ１の面積の数十倍程度に設定されている。レチクルアライメントセンサ１４でレチクルマークＲＭを計測する場合には、まず計測領域ＳＲ内における複数の異なる位置をレチクルアライメントセンサ１４で撮像して計測領域ＳＲ内のレチクルマークＲＭを探索し、その後にレチクルマークＲＭの全体をレチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１内に配置してレチクルマークＲＭの計測を行うことになる。尚、レチクルマークＲＭの計測方法についての詳細は後述する。

図１に戻り、投影光学系ＰＬは、複数の屈折光学素子（レンズ素子）を含んで構成され、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側との両方がテレセントリックで所定の縮小倍率β（βは例えば１／４，１／５等）を有する屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向は、ＸＹ平面に直交するＺ方向に設定されている。尚、投影光学系ＰＬが備える複数のレンズ素子の硝材は、露光光ＥＬの波長に応じて、例えば石英又は蛍石が用いられる。また、本実施形態では、レチクルＲに形成されたパターンＤＰの倒立像をウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬを例に挙げて説明するが、勿論パターンＤＰの正立像を投影するものであっても良い。

ウェハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）に配置されており、真空吸着又は静電吸着等によりウェハＷを保持する。このウェハステージＷＳＴは、ウェハ支持台（定盤）１６の上面上で走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能に構成されているとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動可能に構成されており、更にＺ方向へ微動（Ｘ軸回りの回転及びＹ軸回りの回転を含む）可能に構成されている。このウェハステージＷＳＴによって、ウェハＷをＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、またウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢（Ｘ軸周りの回転及びＹ軸周りの回転）を調整することができる。

ウェハステージＷＳＴ上の一端には移動鏡１７が設けられており、ウェハステージＷＳＴの外部にはレーザ光を移動鏡１７の鏡面（反射面）に照射するレーザ干渉計（以下、ウェハ干渉計という）１８が設けられている。このウェハ干渉計１８は、移動鏡１７の鏡面にレーザ光を照射してその反射光を受光することによりウェハステージＷＳＴのＸ方向及びＹ方向の位置、並びに姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転θＸ，θＹ，θＺ）を検出する。ウェハ干渉計１８の検出結果は主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、ウェハ干渉計１８の検出結果に基づいてウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。

更に、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬのＹ方向の側面に、ウェハＷ上に設定されたショット領域に付設されたアライメントマークＡＭの位置情報を計測するためのＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のアライメントセンサ２０が配置されている。尚、ウェハＷにはアライメントマークＡＭが複数形成されているが、図１においては簡略化のために１つのみを図示している。アライメントセンサ２０は、その光軸が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行とされており、前述したレチクルアライメントセンサ１４と同様にＣＣＤ等の撮像素子２０ａを備え、ウェハＷ上のアライメントマークＡＭを撮像してその画像信号を得る。尚、アライメントセンサ２０が備える撮像素子２０ａにも前述したビニング機能が設けられていても良い。アライメントセンサ２０の計測結果は主制御系ＭＣに供給され、主制御系ＭＣの信号処理部２１で画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理が施されてアライメントマークＡＭの位置情報が求められる。

かかるアライメントセンサ２０の詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号等に開示されている。主制御系ＭＣは、信号処理部２１で得られた位置情報を用いてＥＧＡ計測を行う。ここで、ＥＧＡ計測とは、ウェハＷに形成された代表的な数個（３〜９個）のアライメントマークＡＭの計測結果を用いて所定の統計演算（ＥＧＡ演算）を行い、ウェハＷ上に設定された全てのショット領域の配列を求める計測方法である。主制御系ＭＣは、このＥＧＡ計測結果に基づいてウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴを移動させて、レチクルＲに形成されたパターンＤＰの投影位置と露光すべきショット領域との位置合わせを行う。

尚、アライメントセンサ２０についても、コスト削減を図るとともに撮像素子２０ａの発熱による悪影響を防止する観点から、低倍の光学系を省略して高倍の光学系のみを備えた構成にしても良い。かかる構成の場合には、アライメントセンサ２０の計測視野外にアライメントマークＡＭが配置されると計測を行うことができないため、レチクルアライメントセンサ１４の計測領域ＳＲ（図３参照）と同様の計測領域を設定し、この計測領域内でアライメントマークＡＭの計測を行う必要がある。

〔位置計測方法及び露光方法〕
次に、本発明の一実施形態による位置計測方法及び露光方法について説明する。図４は本発明の一実施形態による露光方法の概要を示すフローチャートであり、図５は本発明の一実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。露光処理が開始されると、主制御系ＭＣは予め記憶している露光レシピ（露光制御情報）を読み出し、この露光レシピに従って所定のレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上に配置する（工程Ｓ１１）。

レチクルステージＲＳＴ上へのレチクルＲの配置が完了すると、主制御系ＭＣはレチクルアライメントセンサ１４をＸ方向に移動させてレチクルＲの上方にレチクルアライメントセンサ１４を配置する。そして、レチクルアライメントセンサ１４によるレチクルマークＲＭの計測、及びレチクルアライメントセンサ１４の計測結果を用いたアライメントが行われる（工程Ｓ１２）。次にレチクルマークＲＭの計測処理について詳細に説明する。

図５に示す通り、レチクルマークＲＭの計測が開始されると、まず予め設定された計測領域ＳＲ（図３参照）内が所定の間隔をあけながらレチクルアライメントセンサ１４で撮像される（工程Ｓ２１）。この工程では、主制御系ＭＣがレチクル駆動装置１５を駆動してレチクルステージＲＳＴをＸ方向又はＹ方向に所定量だけステップ移動させ、ステップ移動後にレチクルＲが静止しているときにレチクルアライメントセンサ１４で計測視野Ｖ１内を撮像させる制御を行う。

図６は、計測領域ＳＲ内におけるレチクルアライメントセンサ１４の撮像位置の一例を示す図である。主制御系ＭＣの制御によって、計測領域ＳＲ内は、例えば図６に示す撮像位置Ｐ１から撮像位置Ｐ１０まで順に所定間隔をあけながらレチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１の大きさを単位として撮像される。ここで、各撮像位置Ｐ１〜Ｐ１０の間隔は、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野とレチクルマークＲＭとの相対関係に基づいて設定される。具体的には、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１の大きさと、レチクルマークＲＭの形状及び大きさとの相対関係に基づいて設定される。

更に具体的には、各撮像位置Ｐ１〜Ｐ１０の間隔は、計測領域ＳＲ内におけるレチクルマークＲＭの位置に拘わらず、撮像位置Ｐ１〜Ｐ１０の何れかにおいてレチクルマークＲＭの少なくとも一部が必ず撮像されるよう設定される。レチクルマークＲＭが計測領域ＳＲ内の図６に示す位置に配されている場合には、撮像位置Ｐ６，Ｐ８，Ｐ９でレチクルマークＲＭの一部が撮像される。尚、図６に示す撮像位置Ｐ１〜Ｐ１０は、「田」字形状のレチクルマークＲＭに適合させたものであり、形状や大きさの異なるレチクルマークＲＭには必ずしも適合しているとは言えない。

例えば、レチクルマークＲＭの形状が十字形状である場合を考える。即ち、レチクルマークＲＭの形状が、図６に示す「田」字形状から周囲の「口」字形状を除いた「十」字形状であるとする。かかる形状のレチクルマークＲＭが計測領域ＳＲ内の図６に示す位置に配されている場合には、図６に示す撮像位置Ｐ１〜Ｐ１０の何れにおいても撮像されない事になる。また、レチクルマークＲの形状が「田」字形状であって、その大きさがより大きい場合には、各計測位置の間隔を広げることができることは容易に想像できる。更に、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１の大きさがより大きければ各計測位置の間隔を広くすることができ、より小さければ各計測位置の間隔を狭める必要があることも容易に想像できる。このように、計測領域ＳＲ内におけるレチクルアライメントセンサ１４の撮像位置の間隔は、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１の大きさと、レチクルマークＲＭの形状及び大きさとの相対関係に基づいて適宜設定される。

撮像位置Ｐ１〜Ｐ１０の各々で撮像して得られた二次元画像信号は、それぞれ主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣに供給された二次元画像信号は、主制御系ＭＣの信号処理部２１で画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理が施される。ここで、図６に示す例では、撮像位置Ｐ１〜Ｐ５，Ｐ７，Ｐ１０ではレチクルマークＲＭが撮像されていないため、これらの撮像位置で撮像して得られた二次元画像信号からはレチクルマークＲＭの位置情報は求められない。これに対し、撮像位置Ｐ６，Ｐ８，Ｐ９ではレチクルマークＲＭの一部が撮像されているため、各々の撮像位置で撮像して得られた二次元画像信号に対して上記の処理を施し、この処理結果を総合して計測領域ＳＲ内におけるレチクルマークＲＭの位置情報（例えば、レチクルマークＲＭの中心位置を示す情報）を求める（工程Ｓ２２）。尚、ここで求められる位置情報は、レチクルマークＲＭの一部から求められるものであるため、その計測精度はさほど高くない。

次いで、主制御系ＭＣは、上記の処理で得られた位置情報に基づいてレチクル駆動装置１５を駆動してレチクルステージＲＳＴをＸ方向又はＹ方向に微動させ、レチクルマークＲＭをレチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１内に配置する（工程Ｓ２３）。レチクルマークＲＭの配置が完了すると、主制御系ＭＣはレチクルレチクルアライメントセンサ１４に対して制御信号を出力して計測視野Ｖ１内を撮像させる（工程Ｓ２４）。

このときに得られた二次元画像信号は、主制御系ＭＣに供給されて信号処理部２１で画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理が施され、レチクルマークＲＭの位置情報が算出される（工程Ｓ２５）。尚、ここで求められる位置情報は、計測視野Ｖ１内にレチクルマークＲＭの全体が配置されている状態で得られた二次元画像信号から求められたものであるため高い精度を有する。レチクルマークＲＭの高精度の位置情報が求められると、主制御系ＭＣはこの位置情報に基づいてレチクル駆動装置１５を駆動してレチクルステージＲＳＴをＸ方向又はＹ方向に微動させ、レチクルＲの位置調整を行う（工程Ｓ２６）。以上の処理によってレチクルＲのアライメントが完了する。

レチクルアライメントが完了すると、主制御系ＭＣは不図示のウェハローダを制御して露光すべきウェハＷを搬送させてウェハステージＷＳＴ上に配置する（工程Ｓ１３）。ウェハステージＷＳＴ上へのウェハＷの配置が完了すると、主制御系ＭＣはウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴをＸ方向又はＹ方向に移動させてウェハステージＷＳＴ上のウェハＷをアライメントセンサ２０の下方に配置する。そして、アライメントセンサ２０によるアライメントマークＡＭの計測、及びアライメントセンサ２０の計測結果を用いたアライメントが行われる（工程Ｓ１４）。尚、露光すべきウェハＷが最初に露光するものである場合（ウェハＷ上に未だパターンが形成されていない場合）には、工程Ｓ１４は省略される。

アライメントセンサ２０によるアライメントマークＡＭの計測は、ウェハＷ上に形成された複数のアライメントマークＡＭの内の代表的な数個（３〜９個）について行われる。ここで、アライメントセンサ２０が、レチクルアライメントセンサ１４と同様に、低倍の光学系が省略されて高倍の光学系のみを備える構成である場合には、工程Ｓ１２と同様の計測方法を用いてアライメントマークＡＭの位置計測が行われる。つまり、まずアライメントセンサ２０の計測視野よりも広い計測領域を設定し、この計測領域内を所定の間隔をあけながらアライメントセンサ２０の計測視野の大きさ毎の画像を撮像する。ここで、各撮像位置の間隔は、例えばアライメントセンサ２０の計測視野の大きさとアライメントマークＡＭの形状及び大きさとの相対関係に基づいて設定される。

次に、上記のアライメントセンサ２０の撮像結果を用いて上記の計測領域内におけるアライメントマークＡＭの位置情報を求め、この位置情報に基づいてアライメントマークＡＭをアライメントセンサ２０の計測視野内に配置する。次いで、計測視野内に配置されたアライメントマークＡＭをアライメントセンサ２０で計測し、この計測により得られた二次元画像信号に対して画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理を施してアライメントマークＡＭの位置情報を高精度で求める。以上の処理を、上記の代表的な数個のアライメントマークＡＭの各々について行う。

ウェハＷ上の代表的な数個のアライメントマークＡＭの位置情報が得られると、主制御装置ＭＣは、これらの位置情報を用いて所定の統計演算（ＥＧＡ演算）を行い、ウェハＷ上に設定された全てのショット領域の配列を求める。ショット領域の配列が求まると、ウェハＷ上のショット領域の各々に対する露光が行われる（工程Ｓ１５）。ショット領域を露光する場合には、主制御系ＭＣはウェハ駆動装置１９を駆動して、最初に露光すべきショット領域が移動開始位置に配置されるようウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させる。これと同時に主制御系ＭＣによってレチクル駆動装置１５が駆動されて、レチクルステージＲＳＴも移動開始に配置される。

以上の配置が完了すると、主制御系ＭＣはレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの移動を開始させ、レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴが所定の速度に達してから整定時間（レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの加速により生じた振動を収めるために設けられる時間）経過後に照明光学系ＩＬＳに制御信号を出力して露光光ＥＬを射出させる。これにより、露光光ＥＬがレチクルＲに照射されてショット領域の露光が開始される。

主制御系ＭＣは、ショット領域の露光の最中は、レチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとを一定速度でＹ方向に移動させる。また、ショット領域を露光している最中に、主制御系ＭＣはオートフォーカス制御を行ってウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む。最初に露光すべきショット領域の露光が終了すると、主制御系ＭＣは、次に露光すべきショット領域が移動開始位置に配置されるようウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させる。そして、レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの移動を開始させて、最初に露光すべきショット領域を露光と同様に露光する。以下、同様の方法で他のショット領域を露光する。

ウェハステージＷＳＴ上のウェハＷに対する露光処理を終えると、主制御系ＭＣは次に露光すべきウェハＷの有無を判断する（工程Ｓ１６）。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、ウェハステージＷＳＴ上のウェハＷをアンロードするとともに次に露光すべきウェハＷをウェハステージＷＳＴ上に配置し、上述した処理と同様の処理によって露光を行う。一方、工程Ｓ１６の判断結果が「ＮＯ」の場合には、一連の露光処理が終了する。

尚、以上説明した工程Ｓ２１では、図６に示す撮像位置Ｐ１〜Ｐ１１で撮像した結果が二次元画像信号である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、レチクルアライメントセンサ１４が備える撮像素子１４ａのビニング機能を用いて二次元画像信号の画素数を低減して画像処理に要する時間を短縮するようにしても良い。或いは、二次元画像信号ではなく一次元信号を得るようにしても良い。撮像素子１４ａの垂直方向（例えば、Ｘ方向に沿う方向）の画素を全て１画素として扱うと一次元信号を得ることができる。

図７は、撮像素子のビニング機能を利用して一次元信号を得た場合の処理を説明するための図である。図７（ａ）に示す通り、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１内にレチクルマークＲＭの全体が入っている場合には、ビニング機能によって得られる一次元信号は、図７（ｂ）に示す３つのピークを有する信号となる。この一次元信号からレチクルマークＲＭの位置情報を得るためには、まず、図７（ｃ）に示す通り計測視野Ｖ１にレチクルマークＲＭが配置されていない状態を予め撮像して図７（ｄ）に示す一次元信号を得ておく。この一次元信号は撮像素子１４ａの暗電流成分等を反映したものである。

次に、計測領域ＳＲ内でレチクルマークＲＭを撮像して例えば図７（ｂ）に示す一次元信号を得る。そして、得られた図７（ｂ）に示す一次元信号から、図７（ｄ）に示す一次元信号を減算して図７（ｅ）に示す一次元信号を得る。以上の処理を計測領域の各計測位置で行って最も信号量が多かった計測位置を求める。信号量が多いということは、ビニング機能を用いない通常の計測を行ったときに、レチクルマークＲＭの位置情報を算出するための情報が多いと推測することができる。最後に、上記の信号量が最も多かった位置において通常の計測を行い、得られた二次元画像信号からレチクルマークＲＭの位置情報を求める。尚、以上の計測処理はアライメントセンサ２０でアライメントマークＡＭを計測する場合にも適用することができる。また、撮像素子がビニング機能を備えない場合には、撮像素子から出力される二次元画像信号を、所定方向（例えば、Ｘ方向に沿う方向）に積算して一次元信号を得るようにしても良い。

以上説明した通り、本実施形態においては、レチクルＲに形成されたレチクルマークＲＭを計測する場合に、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野Ｖ１よりも広い計測領域ＳＲ内を、所定の間隔をあけながら計測視野の大きさ毎の画像を撮像し、この撮像結果に基づいて計測領域内におけるレチクルマークの位置を特定している。このため、レチクルアライメントセンサ１４の計測視野が計測領域より小さくても、計測領域内に配置されたレチクルのマークＲＭの位置を短時間で特定することができる。また、アライメントセンサ２０が、低倍の光学系が省略されている構成の場合にも同様の計測方法を用いれば計測領域内のアライメントマークＡＭの位置を短時間で特定することができる。

また、本実施形態では、レチクルアライメントセンサ１４（又は、アライメントセンサ２０）が低倍の光学系を省略した構成であるためコスト低減を図ることができるとともに、撮像素子１４ａ（又は、撮像素子２０ａ）の発熱による影響を抑えることができる。更に、本実施形態では、上記のレチクルアライメントセンサ１４又はアライメントセンサ２０によって、計測領域内におけるレチクルマークＲＭ又はアライメントマークＡＭの位置が短時間で特定されるため、露光処理におけるスループットを向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、撮像時にレチクルステージＲＳＴを静止させずに連続的に移動させてレチクルＲを移動させつつレチクルマークＲＭを撮像しても良い。かかる処理を行う場合には、画像処理に要する時間を短縮するために、ビニング機能により一次元信号を得るのが望ましい。尚、マークの位置計測を行う場合にはレチクルＲ又はウェハＷは移動させずにアライメントセンサを移動させても良い。

また、上記実施形態では、図６に示す撮像位置Ｐ１から撮像位置Ｐ１０まで順に撮像する場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこの順番で撮像する必要はない。例えば、レチクルマークＲＭの一部が撮像されたら、撮像された部分の計測視野Ｖ１内における位置に応じて、レチクルマークＲＭのより多くの部分が計測視野Ｖ１に入るようにレチクルＲを移動させるのが望ましい。また、図６に示す例では、Ｘ方向及びＹ方向ともに所定の間隔をあけて撮像していたが、何れか一方向のみについて間隔をあけ、他の方向は間隔をあけないで撮像してもよい。

また、露光装置ＥＸが備える主制御系ＭＣがコンピュータからなる場合には、以上説明した位置計測方法を実現する機能を備えるプログラムがコンピュータに格納されており、このプログラムが実行されることにより各種機能が実現されて、前述した位置計測方法が行われる。このプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ（登録商標）−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されていてもよい。この記録媒体に記録されたプログラムをＣＤ−ＲＯＭドライブ又はＤＶＤ（登録商標）−ＲＯＭドライブ等のドライブ装置を用いて読み取れば、コンピュータにインストールすることができる。

また、上記実施形態では、本発明の位置計測装置を露光装置ＥＸに適用した実施形態について説明したが、本発明の位置計測装置は、基板に対して所定の測定及び所定の検査の少なくとも一方を行う測定検査装置にも適用することができる。ここで、所定の測定としては、例えば基板の表面状態の測定や基板上に形成されたパターンの線幅測定等が挙げられる。また、所定の検査としては、例えばパターンの重ね合わせ検査等が挙げられる。

本発明の一実施形態による位置計測装置を備える本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す側面図である。 レチクルＲに形成されるレチクルマークの一例を示す図である。 レチクルアライメントセンサ１４の計測視野及び計測領域の大きさとレチクルマークＲＭの大きさとの関係を説明するための図である。 本発明の一実施形態による露光方法の概要を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。 計測領域ＳＲ内におけるレチクルアライメントセンサ１４の撮像位置の一例を示す図である。 撮像素子のビニング機能を利用して一次元信号を得た場合の処理を説明するための図である。

符号の説明

１４ レチクルアライメントマーク
１４ａ 撮像素子
２０ アライメントセンサ
２０ａ 撮像素子
２１ 信号処理部
ＡＭ アライメントマーク
ＤＰ パターン
ＥＸ 露光装置
ＭＣ 主制御系
Ｒ レチクル
ＲＭ レチクルマーク
ＲＳＴ レチクルステージ
ＳＲ 計測領域
Ｖ１ 計測視野
Ｗ ウェハ
ＷＳＴ ウェハステージ

Claims (18)

1. 所定の大きさの計測視野を有する位置計測装置を用いて物体上に形成されたマークを撮像して前記マークの位置情報を計測する位置計測方法であって、
   前記計測視野よりも広い計測領域内を、前記計測視野と前記マークとの相対関係に基づく所定の間隔をあけながら前記計測視野の大きさ毎の画像を順次撮像する第１ステップと、
   前記第１ステップで撮像して得られた信号の各々に対して所定の処理を施して前記計測領域内における前記マークの位置情報を求める第２ステップと
   を含むことを特徴とする位置計測方法。
2. 前記第２ステップで得られた前記マークの位置情報に基づいて前記物体の位置を調整して前記マークを前記位置計測装置の計測視野内に配置する第３ステップと、
   前記計測視野内に配置された前記マークを撮像する第４ステップと、
   前記第４ステップで撮像して得られた画像信号に対して所定の画像処理を施して前記マークの位置情報を算出する第５ステップと
   を含むことを特徴とする請求項１記載の位置計測方法。
3. 前記計測視野と前記マークとの相対関係は、前記計測視野の大きさと前記マークの形状及び大きさとの関係であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置計測方法。
4. 前記第１ステップは、前記計測領域内を撮像するときに前記物体を静止させた状態で撮像するステップであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の位置計測方法。
5. 前記第１ステップは、前記計測領域内を撮像するときに前記物体を移動させながら撮像するステップであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の位置計測方法。
6. 前記位置計測装置は、前記計測視野を撮像する撮像素子を備えており、
   前記第１ステップで前記計測領域内を撮像して得られる信号は、前記撮像素子から出力される画像信号であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の位置計測方法。
7. 前記位置計測装置は、前記計測視野を撮像する撮像素子を備えており、
   前記第１ステップで前記計測領域内を撮像して得られる信号は、前記撮像素子に設けられる複数の画素のうちの隣り合う数個の画素を１つの画素とした信号であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の位置計測方法。
8. 前記位置計測装置は、前記計測視野を撮像する撮像素子を備えており、
   前記第１ステップで前記計測領域内を撮像して得られる信号は、前記撮像素子から出力される画像信号を前記計測視野内の所定の方向に積算して得られる信号であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の位置計測方法。
9. 所定の大きさの計測視野を撮像する撮像素子を備え、当該撮像素子を用いて物体上に形成されたマークを撮像して前記マークの位置情報を計測する位置計測装置において、
   前記物体を載置して移動するステージと、
   前記計測視野よりも広い計測領域内が、前記計測視野と前記マークとの相対関係に基づく所定の間隔をあけながら前記計測視野の大きさ毎の画像を順次撮像されるよう前記ステージと前記撮像素子とを制御する制御装置と、
   前記撮像素子から得られた信号の各々に対して所定の処理を施して前記計測領域内における前記マークの位置情報を求める位置算出装置と
   を含むことを特徴とする位置計測装置。
10. 前記制御装置は、前記位置算出装置で得られた前記マークの位置情報に基づいて前記ステージを移動させて前記物体の位置を調整することにより前記マークを前記計測視野内に配置し、
    前記位置算出装置は、前記マークが前記計測視野内に配置された状態で得られた画像信号に対して所定の画像処理を施して前記マークの位置情報を算出する
    ことを特徴とする請求項９記載の位置計測装置。
11. 前記計測視野と前記マークとの相対関係は、前記計測視野の大きさと前記マークの形状及び大きさとの関係であることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の位置計測装置。
12. 前記制御装置は、前記物体が静止された状態で撮影されるよう前記ステージと前記撮像素子とを制御することを特徴とする請求項９から請求項１１の何れか一項に記載の位置計測装置。
13. 前記制御装置は、前記物体が移動している状態で撮影されるよう前記ステージと前記撮像素子とを制御することを特徴とする請求項９から請求項１１の何れか一項に記載の位置計測装置。
14. 前記撮像素子は、複数の画素のうちの隣り合う数個の画素を１つの画素とした信号を出力することを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の位置計測装置。
15. マスクのパターンを基板上に露光する露光方法であって、
    請求項１から請求項８の何れか一項に記載の位置計測方法を用いて前記マスク及び前記基板の少なくとも一方に形成されたマークの位置情報を計測する工程を含むことを特徴とする露光方法。
16. マスクを保持するマスクステージと基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクのパターンを前記基板上に露光する露光装置であって、
    前記マスクに形成されたマーク及び前記基板に形成されたマークの少なくとも一方の位置情報を計測する請求項９から請求項１４の何れか一項に記載の位置計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
17. 基板に対して前記所定の測定及び所定の検査の少なくとも一方を行う測定検査装置であって、
    前記基板に形成されたマークの位置情報を計測する請求項９から請求項１４の何れか一項に記載の位置計測装置を備えることを特徴とする測定検査装置。
18. 所定の大きさの計測視野を有する位置計測装置を用いて物体上に形成されたマークの位置情報の計測をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記計測視野よりも広い計測領域内を、前記計測視野と前記マークとの相対関係に基づく所定の間隔をあけながら前記計測視野の大きさ毎の画像を順次撮像させる機能と、
    撮像して得られた信号の各々に対して所定の処理を施して前記計測領域内における前記マークの位置情報を求める機能と
    をコンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
    

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