JP2009283795A - アライメント検出系、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
原版または基板のファインアライメントでの先行確認計測が不要で高スループットなアライメント検出系およびそのアライメント検出系を有する露光装置を提供する。
【解決手段】
被検物体への照明光を照射する照明光学系と、前記被検物体から反射される前記反射光を集光して、前記被検物体の第１の結像倍率の像を形成する第１の光学系、前記第１の結像倍率よりも高い前記被検物体の第２の結像倍率の像を形成する第２の光学系、前記第１の光学系と前記第２の光学系とを切替える切替え手段、前記第１の結像倍率の像を光電変換する第１の像検出手段および前記第２の結像倍率の像を光電変換する第２の像検出手段から成る結像光学系と、を有し、前記第１の結像倍率の像の視野での第１の計測の情報を基に前記第２の結像倍率の像の視野での第２の計測を行うことを特徴とする。
【選択図】図３
原版または基板のファインアライメントでの先行確認計測が不要で高スループットなアライメント検出系およびそのアライメント検出系を有する露光装置を提供する。
【解決手段】
被検物体への照明光を照射する照明光学系と、前記被検物体から反射される前記反射光を集光して、前記被検物体の第１の結像倍率の像を形成する第１の光学系、前記第１の結像倍率よりも高い前記被検物体の第２の結像倍率の像を形成する第２の光学系、前記第１の光学系と前記第２の光学系とを切替える切替え手段、前記第１の結像倍率の像を光電変換する第１の像検出手段および前記第２の結像倍率の像を光電変換する第２の像検出手段から成る結像光学系と、を有し、前記第１の結像倍率の像の視野での第１の計測の情報を基に前記第２の結像倍率の像の視野での第２の計測を行うことを特徴とする。
【選択図】図３
Description
本発明は、レチクル上に描画されたレチクルパターンを投影光学系を介してウェハに露光する露光装置に搭載されるアライメント検出系、および、そのアライメント検出系を有する露光装置に関する。
フォトリソグラフィー技術を用いて半導体素子等のデバイスを製造する際には、レチクル等の原版に描画されたパターンを投影光学系によってウェハ等の基板に投影してパターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。この際、ウェハ上に既に形成されたパターンに対して、投影光学系を介して形成されるマスクパターンの投影像を、投影露光装置に搭載されたアライメント検出系によって位置合わせを行った後に、露光を行う。
投影露光装置においては、集積回路の微細化及び高密度化に伴い、より高い解像力でレチクルのパターンをウェハに投影露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最少の線幅（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（Ｎ.Ａ.）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど解像度はよくなる。このため、近年の光源は、超高圧水銀ランプｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）から波長の短いＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長約１９３ｎｍ）から成る。さらにＦ２レーザ（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでおり、将来的には波長が数nm〜百ｎｍの極端紫外光（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ光）の採用も見込まれている。
投影露光装置においては、集積回路の微細化及び高密度化に伴い、より高い解像力でレチクルのパターンをウェハに投影露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最少の線幅（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（Ｎ.Ａ.）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど解像度はよくなる。このため、近年の光源は、超高圧水銀ランプｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）から波長の短いＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長約１９３ｎｍ）から成る。さらにＦ２レーザ（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでおり、将来的には波長が数nm〜百ｎｍの極端紫外光（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ光）の採用も見込まれている。
また、露光装置の解像度のさらなる向上の為に、投影光学系とウェハとの間の少なくとも一部に屈折率が１よりも大きい液体を浸してＮ.Ａ.の増大を図ることにより解像度の向上を図る液浸露光装置も登場している。この液浸露光装置においては、ウェハと投影光学系のウェハに最も近い最終光学素子との間の空間に、フォトレジスト層の屈折率に近い屈折率を有する液体が充填されている。これにより、ウェハ側から見た投影光学系の有効開口数が増加し、解像度を向上させることができる。
近年の半導体素子の生産は少品種大量生産型から多品種少量生産型へとシフトしており、あらゆるウェハプロセス（材質・膜厚・線幅など、以下プロセス）に対して精度良くアライメントできる露光装置が求められている。その為に各プロセス毎に最もコントラストの高いアライメント条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ、アライメントマークの種類など）を調べ、プロセスごとにアライメント条件を変更する必要がある。
近年の半導体素子の生産は少品種大量生産型から多品種少量生産型へとシフトしており、あらゆるウェハプロセス（材質・膜厚・線幅など、以下プロセス）に対して精度良くアライメントできる露光装置が求められている。その為に各プロセス毎に最もコントラストの高いアライメント条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ、アライメントマークの種類など）を調べ、プロセスごとにアライメント条件を変更する必要がある。
従来例のウェハアライメントのシーケンスでは、アライメントマークの位置を高倍率で計測する精密なファインアライメントの前に、比較的に精度の低いアライメントであるプリアライメントを行っていた。プリアライメントは、ファインアライメントに使うファインアライメント用マークよりも大きなプリアライメント用マークを低倍率で計測し、アライメントマークをファインアライメントが可能となる計測範囲に追い込む計測である。このプリアライメントにより、ファインアライメントの前にウェハの大まかな位置合わせを行う。ファインアライメント用センサは高倍率であるために視野を広く取ることが難しく、ウェハ搬送後すぐに小さなファインアライメント用マークをファインアライメントすることは、ファインアライメント用センサの視野が狭いために難しい。そこでウェハ搬送後には、比較的低倍率で広い視野を有するプリアライメントによりウェハの大まかな位置合わせを行う。その後、より小さなファインアライメント用マークを正確かつ精密な計測ができるファインアライメントすることにより、ウェハの位置合わせを精度的・速度的に有利に行うことができる。
つまり、ウェハのアライメントシーケンスでは低倍率でのプリアライメントを行い、ウェハのおおまかな位置合わせを行った後にファインアライメントを行う。しかし、このファインアライメントには精度が要求されるため、最もコントラストが得られるアライメント条件で計測することが要求される。そこで特許文献１の従来例においては、アライメント条件を変えてウェハのファインアライメントを行い、ファインアライメントの最もコントラストの高いアライメント条件を調べるシーケンスが必要であった。このシーケンスは、ウェハのファインアライメントを行う前にファインアライメントでのアライメント条件を決定するために必要であった。
また、特許文献１にては、レチクルを短時間で精度よくアライメントできるＥＵＶ露光方法及びＥＵＶ露光装置が提案されている。
特開２００５−３２８８９号公報
つまり、ウェハのアライメントシーケンスでは低倍率でのプリアライメントを行い、ウェハのおおまかな位置合わせを行った後にファインアライメントを行う。しかし、このファインアライメントには精度が要求されるため、最もコントラストが得られるアライメント条件で計測することが要求される。そこで特許文献１の従来例においては、アライメント条件を変えてウェハのファインアライメントを行い、ファインアライメントの最もコントラストの高いアライメント条件を調べるシーケンスが必要であった。このシーケンスは、ウェハのファインアライメントを行う前にファインアライメントでのアライメント条件を決定するために必要であった。
また、特許文献１にては、レチクルを短時間で精度よくアライメントできるＥＵＶ露光方法及びＥＵＶ露光装置が提案されている。
しかし、従来例におけるコントラストの高いアライメント条件を調べるために全てのアライメント条件でファインアライメントを行う先行確認計測のシーケンスの時間が露光装置の高スループット化の妨げとなっていた。特に近年の多品種少量生産型の半導体素子の製造では先行確認計測を行うプロセスの種類が増えているため、この先行確認計測の時間の短縮が露光装置の高スループット化において重要な課題となっていた。
また、従来例のコントラストのみに着目したアライメント条件決定の手法では、ファインアライメントの検出信号のコントラストは高いものの検出信号の傾きが大きく、ウェハ間での計測精度が安定しないという課題があった。
また、本発明を利用すると、ウェハのファインアライメントを行う前に行うプリアライメントの情報から、ファインアライメント計測での検出信号の傾きが小さく、ウェハ間でより安定した信号を選択することが可能となる。
そこで、本発明は、原版または基板のファインアライメントでの先行確認計測が不要で高スループットなアライメント検出系およびそのアライメント検出系を有する露光装置を提供することを目的とする。
また、従来例のコントラストのみに着目したアライメント条件決定の手法では、ファインアライメントの検出信号のコントラストは高いものの検出信号の傾きが大きく、ウェハ間での計測精度が安定しないという課題があった。
また、本発明を利用すると、ウェハのファインアライメントを行う前に行うプリアライメントの情報から、ファインアライメント計測での検出信号の傾きが小さく、ウェハ間でより安定した信号を選択することが可能となる。
そこで、本発明は、原版または基板のファインアライメントでの先行確認計測が不要で高スループットなアライメント検出系およびそのアライメント検出系を有する露光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明のアライメント検出系は、被検物体への照明光を照射する照明光学系と、前記被検物体から反射される反射光を集光して、前記被検物体の第１の結像倍率の像を形成する第１の光学系、前記第１の結像倍率よりも高い前記被検物体の第２の結像倍率の像を形成する第２の光学系、前記第１の光学系と前記第２の光学系とを切替える切替え手段、前記第１の結像倍率の像を光電変換する第１の像検出手段および前記第２の結像倍率の像を光電変換する第２の像検出手段から成る結像光学系と、を有し、前記第１の結像倍率の像の視野での第１の計測の情報を基に前記第２の結像倍率の像の視野での第２の計測を行うことを特徴とする。
本発明によれば、原版または基板のファインアライメントでの先行確認計測が不要で高スループットである。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
まず、図１を参照して、本実施例の露光装置を説明する。
ウェハステージ４は基板であるウェハ３を支持するステージである。レチクルステージ２は原版であるレチクル１を支持するステージである。照明光学系５は、レチクルステージ２に支持されているレチクル１を露光光で照明する光学系である。投影光学系６は、露光光で照明されたレチクル１のレチクルパターン像をウェハステージ４に支持されたウェハ３に投影露光する光学系である。制御装置（不図示）は、露光装置全体の動作を統括制御する装置である。入力器６０は、プロセスの構成と情報を入力し、測定器６１は、ウェハ３のプロセス情報を測定し、計算機６２は、プロセスの構成や情報を基にアライメントシミュレーションを行う。
まず、図１を参照して、本実施例の露光装置を説明する。
ウェハステージ４は基板であるウェハ３を支持するステージである。レチクルステージ２は原版であるレチクル１を支持するステージである。照明光学系５は、レチクルステージ２に支持されているレチクル１を露光光で照明する光学系である。投影光学系６は、露光光で照明されたレチクル１のレチクルパターン像をウェハステージ４に支持されたウェハ３に投影露光する光学系である。制御装置（不図示）は、露光装置全体の動作を統括制御する装置である。入力器６０は、プロセスの構成と情報を入力し、測定器６１は、ウェハ３のプロセス情報を測定し、計算機６２は、プロセスの構成や情報を基にアライメントシミュレーションを行う。
本実施例の露光装置として、レチクル１とウェハ３とを走査方向に互いに同期移動しつつレチクル１に形成されたレチクルパターンをウェハ３に露光する走査型露光装置（スキャニングステッパ）を説明する。
本実施例は、レチクル１を固定しレチクルパターンをウェハ３に露光するタイプの露光装置（ステッパー）にも適用することができる。
以下の説明において、投影光学系６の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル１とウェハ３との同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
レチクル1上の所定の照明領域は照明光学系５により均一な照度分布の露光光で照明される。照明光学系５から射出される露光光としては、これまで主流だった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザが用いられるようになり、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザやＦ2レーザの実用化が進められている。今後は、より微細な半導体素子等を製造するために、露光光として波長が数ｎｍ〜百ｎｍの極端紫外光（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ光）を使用した露光装置の開発も行われつつある。
本実施例は、レチクル１を固定しレチクルパターンをウェハ３に露光するタイプの露光装置（ステッパー）にも適用することができる。
以下の説明において、投影光学系６の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル１とウェハ３との同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
レチクル1上の所定の照明領域は照明光学系５により均一な照度分布の露光光で照明される。照明光学系５から射出される露光光としては、これまで主流だった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザが用いられるようになり、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザやＦ2レーザの実用化が進められている。今後は、より微細な半導体素子等を製造するために、露光光として波長が数ｎｍ〜百ｎｍの極端紫外光（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ光）を使用した露光装置の開発も行われつつある。
レチクルステージ２は、レチクル１を支持するステージで、投影光学系６の光軸に垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。レチクルステージ２は、最低1軸駆動であるが、6軸駆動でもよく、リニアモータ等のレチクルステージ駆動装置（不図示）により駆動され、レチクルステージ駆動装置（不図示）は制御装置（不図示）により制御される。レチクルステージ２上にはレチクルステージ上ミラー７が設けられ、ミラー７に対向する位置にはレチクルステージ上ミラー計測用ＸＹ方向用レーザ干渉計９が設けられている。レチクルステージ２上のレチクル1の２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計９によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置（不図示）に出力される。制御装置（不図示）はレーザ干渉計9の計測結果に基づいてレチクルステージ駆動装置（不図示）を駆動することでレチクルステージ２に支持されているレチクル１の位置決めを行う。
投影光学系6は、レチクル１のレチクルパターンを所定の投影倍率βでウェハ３に投影露光する光学系で、複数の光学素子により構成される。本実施例において投影光学系６は、投影倍率βが、例えば１／４あるいは１／５の縮小投影光学系である。
投影光学系6は、レチクル１のレチクルパターンを所定の投影倍率βでウェハ３に投影露光する光学系で、複数の光学素子により構成される。本実施例において投影光学系６は、投影倍率βが、例えば１／４あるいは１／５の縮小投影光学系である。
ウェハステージ４は、ウェハ３を支持するステージで、ウェハ３をウェハチャックを通して保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを備えている。ウェハステージ４は、リニアモータ等のウェハステージ駆動装置（不図示）により駆動され、ウェハステージ駆動装置（不図示）は制御装置（不図示）により制御される。
ウェハステージ４上には、ウェハステージ４と共に移動するウェハステージ上ミラー８が設けられ、ミラー８に対向する位置にはウェハステージ上ミラー計測用ＸＹ方向用レーザ干渉計１０とウェハステージ上ミラー計測用Ｚ方向用レーザ干渉計１２が設けられる。ウェハステージ4のＸＹ方向の位置、及びθＺはレーザ干渉計１0によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置（不図示）に出力される。ウェハステージ４のＺ方向の位置、及びθＸ、θＹについてはレーザ干渉計１２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置（不図示）に出力される。レーザ干渉計１０、１２の計測結果に基づいてウェハステージ駆動装置（不図示）によりＸＹＺステージであるウェハステージ４を駆動してウェハ３のＸＹＺ方向における位置を調整し、ウェハステージ４に支持されているウェハ３の位置決めを行う。
レチクルステージ２の近傍には、レチクルアライメント検出系１３が設けられている。レチクルアライメント検出系１３は、レチクルステージ２上に配置されるレチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）と投影光学系６とを通して、ウェハステージ４上のステージ基準プレート１１にある図２に示されるレチクルアライメント検出系用基準マーク１７を検出する。ウェハ３のショット領域３ｄを露光する光源と同一の光源を用い、投影光学系６を通してレチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）と図２に示されるレチクルアライメント検出系用基準マーク１7を照射し、レチクルアライメント検出系１３は、その反射光を検出するＣＣＤカメラなどの光電変換素子を搭載する。この光電変換素子の信号を基にレチクル１とウェハ３の位置合わせを行う。この時、レチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）とステージ基準プレート１１上のレチクルアライメント検出系用基準マーク１7の位置およびフォーカスを合わせて、レチクル１とウェハ３の相対位置関係（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を合わせる。
ウェハステージ４上には、ウェハステージ４と共に移動するウェハステージ上ミラー８が設けられ、ミラー８に対向する位置にはウェハステージ上ミラー計測用ＸＹ方向用レーザ干渉計１０とウェハステージ上ミラー計測用Ｚ方向用レーザ干渉計１２が設けられる。ウェハステージ4のＸＹ方向の位置、及びθＺはレーザ干渉計１0によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置（不図示）に出力される。ウェハステージ４のＺ方向の位置、及びθＸ、θＹについてはレーザ干渉計１２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置（不図示）に出力される。レーザ干渉計１０、１２の計測結果に基づいてウェハステージ駆動装置（不図示）によりＸＹＺステージであるウェハステージ４を駆動してウェハ３のＸＹＺ方向における位置を調整し、ウェハステージ４に支持されているウェハ３の位置決めを行う。
レチクルステージ２の近傍には、レチクルアライメント検出系１３が設けられている。レチクルアライメント検出系１３は、レチクルステージ２上に配置されるレチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）と投影光学系６とを通して、ウェハステージ４上のステージ基準プレート１１にある図２に示されるレチクルアライメント検出系用基準マーク１７を検出する。ウェハ３のショット領域３ｄを露光する光源と同一の光源を用い、投影光学系６を通してレチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）と図２に示されるレチクルアライメント検出系用基準マーク１7を照射し、レチクルアライメント検出系１３は、その反射光を検出するＣＣＤカメラなどの光電変換素子を搭載する。この光電変換素子の信号を基にレチクル１とウェハ３の位置合わせを行う。この時、レチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）とステージ基準プレート１１上のレチクルアライメント検出系用基準マーク１7の位置およびフォーカスを合わせて、レチクル１とウェハ３の相対位置関係（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を合わせる。
レチクルアライメント検出系１３により検出するレチクルアライメント検出系用基準マーク１7は反射型のマークでもよく、透過型レチクルアライメント検出系1４を用いて透過型のレチクルアライメント検出系用基準マーク１７を検出することもできる。
ウェハ３のショット領域３ｄを露光する光源と同一の光源と照明光学系５を用い、レチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）と投影光学系６を通してレチクルアライメント検出系用基準マーク１7を照射し、透過型レチクルアライメント検出系１４に搭載された光量センサで、その透過光を検出する。この時、ウェハステージ４をＸ方向（もしくはＹ方向）およびＺ方向に駆動させながら透過光の光量を測定し、レチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）とレチクルアライメント検出系用基準マーク１7の位置およびフォーカスを合わせることができる。
以上のようにレチクルアライメント検出系１３あるいは透過型レチクルアライメント検出系１４のどちらを用いても、レチクル１とウェハ３の相対位置関係（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を合わせることができる。
図２に示されるウェハステージ４の１つのコーナーにあるステージ基準プレート１１は、ウェハ３の表面とほぼ同じ高さに設置される。ステージ基準プレート１１は、ウェハアライメント検出系１６が検出するウェハアライメント検出形用基準マーク１8と、レチクルアライメント検出系１３または透過型レチクルアライメント検出系１４が検出するレチクルアライメント検出系用基準マーク１7とを備える。ステージ基準プレート１１は、ウェハステージ４の複数のコーナーに配置されていてもよく、１つのステージ基準プレート１１が複数のレチクルアライメント検出系用基準マーク１7、ウェハアライメント検出系用基準マーク１8を含んでもよい。レチクルアライメント検出系用基準マーク１7とウェハアライメント検出系用基準マーク１8との位置関係（ＸＹ方向）は既知であるとする。なお、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８とレチクルアライメント検出系用基準マーク１7は共通のマークであってもよい。
フォーカス検出系１５は、検出光１５ａをウェハ３表面に投射する投射系１５ｂ、そのウェハ３からの反射光１５ｃを受光する受光系１５ｄを備え、フォーカス検出系１５の検出結果は制御装置（不図示）に出力される。制御装置（不図示）は、フォーカス検出系１５の検出結果に基づいてＺステージであるウェハステージ４を駆動し、ウェハステージ４に保持されているウェハ３のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）及び傾斜角を調整する。
ウェハ３のショット領域３ｄを露光する光源と同一の光源と照明光学系５を用い、レチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）と投影光学系６を通してレチクルアライメント検出系用基準マーク１7を照射し、透過型レチクルアライメント検出系１４に搭載された光量センサで、その透過光を検出する。この時、ウェハステージ４をＸ方向（もしくはＹ方向）およびＺ方向に駆動させながら透過光の光量を測定し、レチクル１上のレチクル基準マーク（不図示）とレチクルアライメント検出系用基準マーク１7の位置およびフォーカスを合わせることができる。
以上のようにレチクルアライメント検出系１３あるいは透過型レチクルアライメント検出系１４のどちらを用いても、レチクル１とウェハ３の相対位置関係（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を合わせることができる。
図２に示されるウェハステージ４の１つのコーナーにあるステージ基準プレート１１は、ウェハ３の表面とほぼ同じ高さに設置される。ステージ基準プレート１１は、ウェハアライメント検出系１６が検出するウェハアライメント検出形用基準マーク１8と、レチクルアライメント検出系１３または透過型レチクルアライメント検出系１４が検出するレチクルアライメント検出系用基準マーク１7とを備える。ステージ基準プレート１１は、ウェハステージ４の複数のコーナーに配置されていてもよく、１つのステージ基準プレート１１が複数のレチクルアライメント検出系用基準マーク１7、ウェハアライメント検出系用基準マーク１8を含んでもよい。レチクルアライメント検出系用基準マーク１7とウェハアライメント検出系用基準マーク１8との位置関係（ＸＹ方向）は既知であるとする。なお、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８とレチクルアライメント検出系用基準マーク１7は共通のマークであってもよい。
フォーカス検出系１５は、検出光１５ａをウェハ３表面に投射する投射系１５ｂ、そのウェハ３からの反射光１５ｃを受光する受光系１５ｄを備え、フォーカス検出系１５の検出結果は制御装置（不図示）に出力される。制御装置（不図示）は、フォーカス検出系１５の検出結果に基づいてＺステージであるウェハステージ４を駆動し、ウェハステージ４に保持されているウェハ３のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）及び傾斜角を調整する。
図１、図３に示される本実施例１のウェハアライメント検出系１６は、検出光２０ａをウェハ３上のウェハアライメントマーク１９あるいは図２に示されるステージ基準プレート１１上のウェハアライメント検出系用基準マーク１８に投射する投射系である照明光学系１２０を有する。照明光学系１２０は、被検物体であるウェハ３への照明光２０ｃを照射する光学系である。
ウェハアライメント検出系１６は、さらに、結像光学系を有する。この結像光学系は、被検物体であるウェハ３から反射される反射光１９ａを集光して、ウェハ３の第１の結像倍率の像を形成する第１の光学系である低倍用光学系３６および前記第１の結像倍率よりも高いウェハ３の第２の結像倍率の像を形成する第２の光学系である高倍用光学系３７を有する。結像光学系は、さらに、
、低倍用光学系３６と高倍用光学系３７とを切替える切替え手段である切換えミラー２８，３５、前記第１の結像倍率の像を光電変換する第１の像検出手段であるＣＣＤカメラ等の低倍用光電変換素子３１および前記第２の結像倍率の像を光電変換する第２の像検出手段であるＣＣＤカメラ等の高倍用光電変換素子３４を有する。ウェハアライメント検出系１６は、第１の結像倍率の像の視野での第１の計測の情報を基に第２の結像倍率の像の視野での第２の計測を行う。
低倍用光学系３６、高倍用光学系３７は、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８、ウェハアライメントマーク１９からの反射光１９ａを受光する受光系で、ウェハアライメント検出系１６の検出結果は制御装置（不図示）に出力される。制御装置（不図示）は、ウェハアライメント検出系１６の検出結果に基づいてウェハステージ４をＸＹ方向に駆動することで、ウェハステージ４に保持されるウェハ３のＸＹ方向における位置を調整する。
本実施例１は、半導体露光装置あるいは液晶露光装置内に搭載されるウェハアライメント検出系１６のみならず、レチクルアライメント検出系１３に対しても適用することができる。
ウェハアライメント検出系１６は、さらに、結像光学系を有する。この結像光学系は、被検物体であるウェハ３から反射される反射光１９ａを集光して、ウェハ３の第１の結像倍率の像を形成する第１の光学系である低倍用光学系３６および前記第１の結像倍率よりも高いウェハ３の第２の結像倍率の像を形成する第２の光学系である高倍用光学系３７を有する。結像光学系は、さらに、
、低倍用光学系３６と高倍用光学系３７とを切替える切替え手段である切換えミラー２８，３５、前記第１の結像倍率の像を光電変換する第１の像検出手段であるＣＣＤカメラ等の低倍用光電変換素子３１および前記第２の結像倍率の像を光電変換する第２の像検出手段であるＣＣＤカメラ等の高倍用光電変換素子３４を有する。ウェハアライメント検出系１６は、第１の結像倍率の像の視野での第１の計測の情報を基に第２の結像倍率の像の視野での第２の計測を行う。
低倍用光学系３６、高倍用光学系３７は、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８、ウェハアライメントマーク１９からの反射光１９ａを受光する受光系で、ウェハアライメント検出系１６の検出結果は制御装置（不図示）に出力される。制御装置（不図示）は、ウェハアライメント検出系１６の検出結果に基づいてウェハステージ４をＸＹ方向に駆動することで、ウェハステージ４に保持されるウェハ３のＸＹ方向における位置を調整する。
本実施例１は、半導体露光装置あるいは液晶露光装置内に搭載されるウェハアライメント検出系１６のみならず、レチクルアライメント検出系１３に対しても適用することができる。
次に、図３を参照して、本実施例１において、プリアライメント時の画像データを用いてファインアライメントでの高コントラストなアライメント条件、あるいは、ファインアライメント計測で傾きの小さい検出信号を選択するアライメント計測手法について説明する。
ウェハアライメント検出系１６としては、大きく２つの構成が提案、使用され、１つは投影光学系６を介さず個別に構成され、ウェハ３上のアライメントマークを光学的に検出するオフアクシスアライメント検出系（Off-axis AA、以下ＯＡ検出系）である。
もう１つは特にi線露光装置でのアライメント方式としてTTL-AA（Through the Lens アライメント）方式と呼ばれる投影光学系６を介して非露光光のアライメント波長を用いてウェハ３上のアライメントマークを検出する方法がある。
本実施例１では、ＯＡ検出系のウェハアライメント検出系１６を用いて説明するが、ＯＡ検出系のウェハアライメント検出系に限定されるものではない。
ファイバ等のウェハアライメント検出系用照明光源２０から導光された光は第一リレー光学系３８、波長フィルタ板３９、第二リレー光学系４０を通り、ウェハアライメント検出系１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に当たる位置の開口絞り４１に到達する。このとき開口絞り４１でのビーム径はウェハアライメント検出系用照明光源２０でのビーム径よりも十分に小さいものとなる。波長フィルタ板３９には透過波長帯の異なるフィルタが複数種挿入されており、制御装置（不図示）からの命令でフィルタの切換を行う。開口絞り４１は、照明σの異なる絞りを複数種有し、制御装置（不図示）からの命令で絞りの切換を行い、照明σを変更することで照明ＮＡを切り替えることができる。
ウェハアライメント検出系１６としては、大きく２つの構成が提案、使用され、１つは投影光学系６を介さず個別に構成され、ウェハ３上のアライメントマークを光学的に検出するオフアクシスアライメント検出系（Off-axis AA、以下ＯＡ検出系）である。
もう１つは特にi線露光装置でのアライメント方式としてTTL-AA（Through the Lens アライメント）方式と呼ばれる投影光学系６を介して非露光光のアライメント波長を用いてウェハ３上のアライメントマークを検出する方法がある。
本実施例１では、ＯＡ検出系のウェハアライメント検出系１６を用いて説明するが、ＯＡ検出系のウェハアライメント検出系に限定されるものではない。
ファイバ等のウェハアライメント検出系用照明光源２０から導光された光は第一リレー光学系３８、波長フィルタ板３９、第二リレー光学系４０を通り、ウェハアライメント検出系１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に当たる位置の開口絞り４１に到達する。このとき開口絞り４１でのビーム径はウェハアライメント検出系用照明光源２０でのビーム径よりも十分に小さいものとなる。波長フィルタ板３９には透過波長帯の異なるフィルタが複数種挿入されており、制御装置（不図示）からの命令でフィルタの切換を行う。開口絞り４１は、照明σの異なる絞りを複数種有し、制御装置（不図示）からの命令で絞りの切換を行い、照明σを変更することで照明ＮＡを切り替えることができる。
開口絞り４１まで到達した光２０ｃは、第一照明光学系２１、第二照明光学系２３を通って偏光ビームスプリッター２４に導かれる。
波長切換手段である波長フィルタ板３９は、照明光学系１２０から照射される照明光２０ｃの波長域を切り替え、第１の計測の情報を基に第２の計測の照明光２０ｃの波長域を決定する。
照明ＮＡ切換手段である開口絞り４１は、照明σの異なる絞りを切り替えることで照明光学系１２０から照射される照明光２０ｃのＮＡを切り替え、第１の計測の情報を基に第２の計測の照明光２０ｃのＮＡを決定する。
検出ＮＡ切換手段であるＮＡ絞り２２は、被検物体であるウェハ３に照射される検出光２０ａのＮＡを切り替え、第１の計測の情報を基に第２の計測の検出光２０ａのＮＡを決定する。ＮＡ絞り２２は絞り量を変えることでＮＡを変え、ＮＡ絞り２２の絞り量は制御装置（不図示）からの命令で変更する。
偏光ビームスプリッター２４により反射された紙面に垂直なＳ偏光光は、ＮＡ絞り２２を通りλ/4板２５を透過して円偏光に変換され、対物レンズ２６を通って検出光２０ａとして、ウェハ３上に形成されたウェハアライメントマーク１９をケーラー照明する。
ウェハアライメントマーク１９から発生した反射光１９ａ、回折光、散乱光は、再度、対物レンズ２６を通りλ／４板２５を通ってＰ偏光に変換され、ＮＡ切換２２、偏光ビームスプリッター２４を透過し、リレーレンズ２７を透過する。ここでウェハアライメント検出系１６が低倍率でウェハ３を計測するとき、すなわち、プリアライメント時に、反射光１９ａは切換ミラー２８で反射され低倍用光学系３６に導かれる。切換ミラー２８で反射された光線は、低倍用第一結像光学系２９、低倍用第二結像光学系３０によって、ウェハアライメントマーク１９の像をＣＣＤカメラ等の低倍用光電変換素子３１上に形成する。
ウェハアライメント検出系１６が、ウェハ３を高倍率で計測するとき、すなわち、ファインアライメント時には、切換ミラー２８を切換ミラー３５のように光路から外れた位置に動かすことで、リレーレンズ２７を透過した光線が高倍用光学系３７に導かれるようにする。リレーレンズ２７を透過した光線は、高倍用第一結像光学系３２、高倍用第二結像光学系３３によって、ウェハアライメントマーク１９の像をＣＣＤカメラ等の高倍用光電変換素子３４上に形成する。
波長切換手段である波長フィルタ板３９は、照明光学系１２０から照射される照明光２０ｃの波長域を切り替え、第１の計測の情報を基に第２の計測の照明光２０ｃの波長域を決定する。
照明ＮＡ切換手段である開口絞り４１は、照明σの異なる絞りを切り替えることで照明光学系１２０から照射される照明光２０ｃのＮＡを切り替え、第１の計測の情報を基に第２の計測の照明光２０ｃのＮＡを決定する。
検出ＮＡ切換手段であるＮＡ絞り２２は、被検物体であるウェハ３に照射される検出光２０ａのＮＡを切り替え、第１の計測の情報を基に第２の計測の検出光２０ａのＮＡを決定する。ＮＡ絞り２２は絞り量を変えることでＮＡを変え、ＮＡ絞り２２の絞り量は制御装置（不図示）からの命令で変更する。
偏光ビームスプリッター２４により反射された紙面に垂直なＳ偏光光は、ＮＡ絞り２２を通りλ/4板２５を透過して円偏光に変換され、対物レンズ２６を通って検出光２０ａとして、ウェハ３上に形成されたウェハアライメントマーク１９をケーラー照明する。
ウェハアライメントマーク１９から発生した反射光１９ａ、回折光、散乱光は、再度、対物レンズ２６を通りλ／４板２５を通ってＰ偏光に変換され、ＮＡ切換２２、偏光ビームスプリッター２４を透過し、リレーレンズ２７を透過する。ここでウェハアライメント検出系１６が低倍率でウェハ３を計測するとき、すなわち、プリアライメント時に、反射光１９ａは切換ミラー２８で反射され低倍用光学系３６に導かれる。切換ミラー２８で反射された光線は、低倍用第一結像光学系２９、低倍用第二結像光学系３０によって、ウェハアライメントマーク１９の像をＣＣＤカメラ等の低倍用光電変換素子３１上に形成する。
ウェハアライメント検出系１６が、ウェハ３を高倍率で計測するとき、すなわち、ファインアライメント時には、切換ミラー２８を切換ミラー３５のように光路から外れた位置に動かすことで、リレーレンズ２７を透過した光線が高倍用光学系３７に導かれるようにする。リレーレンズ２７を透過した光線は、高倍用第一結像光学系３２、高倍用第二結像光学系３３によって、ウェハアライメントマーク１９の像をＣＣＤカメラ等の高倍用光電変換素子３４上に形成する。
通常、上記の本実施例１のウェハアライメント検出系１６により、ウェハ３上のウェハアライメントマーク１９を観察、位置検出する場合、ウェハアライメントマーク１９上部に塗布または形成された透明層のため、単色光では干渉縞が発生する。そのため、アライメント信号に干渉縞の信号が加算された状態で検出され、高精度に検出できなくなる。従って、ウェハアライメント検出系１６の照明光源２０としては、広帯域の波長を持つものが使用され、干渉縞の少ない信号として検出する。
ウェハ３上のウェハアライメントマーク１９を精度良く検出するためには、ウェハアライメントマーク１９の像が明確に検出されなければならない。すなわち、ウェハアライメント検出系１６のピントがウェハアライメントマーク１９に合っていなければならない。そのため、不図示のＡＦ検出系が構成されており、その検出結果に基づいて、ウェハアライメントマーク１９をウェハアライメント検出系１６のベストフォーカス面に駆動して、ウェハアライメントマーク１９の検出を行う。
なお、ＴＴＬ−ＡＡ方式のウェハアライメント検出系の場合には、ＯＡ方式の検出系を投影光学系６を介して、ウェハ３上を観察する構成をしている点が異なる。
ウェハ３上のウェハアライメントマーク１９を精度良く検出するためには、ウェハアライメントマーク１９の像が明確に検出されなければならない。すなわち、ウェハアライメント検出系１６のピントがウェハアライメントマーク１９に合っていなければならない。そのため、不図示のＡＦ検出系が構成されており、その検出結果に基づいて、ウェハアライメントマーク１９をウェハアライメント検出系１６のベストフォーカス面に駆動して、ウェハアライメントマーク１９の検出を行う。
なお、ＴＴＬ−ＡＡ方式のウェハアライメント検出系の場合には、ＯＡ方式の検出系を投影光学系６を介して、ウェハ３上を観察する構成をしている点が異なる。
従来例のアライメントシーケンスでは、図４に示されるプリアライメント用マークＴを低倍用光学系３６で観察し、おおまかな位置合わせを行った後に、ファインアライメントのための先行確認計測を行っていた。さらに、ファインアライメントにとって最もコントラストの高いアライメント条件を決めた後に、ファインアライメントを行いウェハの精密な位置合わせを行っていた。このプリアライメントでは照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどの照明条件を切り替えてプリアライメント用マークＴを計測し、最もコントラストの高いアライメント条件でプリアライメントを行っていた。ファインアライメントのアライメント条件を決める先行確認計測では、図４に示されるmark1、mark2、mark3、mark4に示される各々のファインアライメントマークを照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどの照明条件を切り替えてファインアライメントし、最もコントラストの高いアライメント条件（マークも含む）を決めていた。例えば、図４に示されるファインアライメント計測用アライメントマークmark1、mark2、mark3、mark4の先行確認計測の結果が、図５に示されるようになったとすると、最もコントラストの高いアライメント条件としてマーク種mark2と照明条件２の組み合わせが選ばれる。次に行われるウェハのファインアライメントでは、先行確認計測で最もコントラストが高かった上記のアライメント条件であるマーク種mark2および照明条件２で行われる。
上記の従来例のアライメント計測シーケンスが図６のフローチャートに示される。
まず、ウェハのおおまかな位置合わせを行うために、プリアライメント用マークでウェハ３のプリアライメントを本実施例１のウェハアライメント検出系１６を構成する低倍用光学系３６で行う。プリアライメントマークをプリアライメントし（ステップ１０１）、コントラストを計算し（ステップ１０２）、このシーケンスをアライメント条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）分繰り返す。ステップ１０１とステップ１０２をアライメント条件分繰り返すことで、プリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件を求める（ステップ１０３）。プリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件を求め、この条件を使ってプリアライメント計測をし、ウェハのおおまかな位置合わせを行う（ステップ１０４）。プリアライメントでウェハのおおまかな位置合わせを行った後、精密なファインアライメントを本実施例１のウェハアライメント検出系１６を構成する高倍用光学系３７で行うためのアライメント条件決定のため、ウェハの先行確認計測を行う（ステップ１０５）。先行確認計測はまず、あるアライメントマークをある照明条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）で計測し、その計測データからコントラスト計算を行う（ステップ１０６）。次に、アライメントマーク若しくは照明条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）を変えて、再度ファインアライメントでの先行確認計測を行い、コントラストを求める（ステップ１０５、ステップ１０６）。これをアライメントマークや照明条件といった全アライメント条件で行い、図５に示される全てのアライメント条件でのコントラスト表を作る。全アライメント条件の中で最もコントラストの高いアライメント条件を求め（ステップ１０７）、このアライメント条件でウェハのファインアライメント計測を行う（ステップ１０８）。
上述の実施例では、アライメントマーク種を４種、アライメント条件を５つとしたが、より良いアライメント条件を求めるためには、アライメントマークの種類およびアライメント条件ともに多い方が良い。しかし、従来例ではアライメント条件が増えれば増えるほど、ファインアライメント前の先行確認計測の時間が増えるので、露光装置のスループットが劣化した。
まず、ウェハのおおまかな位置合わせを行うために、プリアライメント用マークでウェハ３のプリアライメントを本実施例１のウェハアライメント検出系１６を構成する低倍用光学系３６で行う。プリアライメントマークをプリアライメントし（ステップ１０１）、コントラストを計算し（ステップ１０２）、このシーケンスをアライメント条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）分繰り返す。ステップ１０１とステップ１０２をアライメント条件分繰り返すことで、プリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件を求める（ステップ１０３）。プリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件を求め、この条件を使ってプリアライメント計測をし、ウェハのおおまかな位置合わせを行う（ステップ１０４）。プリアライメントでウェハのおおまかな位置合わせを行った後、精密なファインアライメントを本実施例１のウェハアライメント検出系１６を構成する高倍用光学系３７で行うためのアライメント条件決定のため、ウェハの先行確認計測を行う（ステップ１０５）。先行確認計測はまず、あるアライメントマークをある照明条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）で計測し、その計測データからコントラスト計算を行う（ステップ１０６）。次に、アライメントマーク若しくは照明条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）を変えて、再度ファインアライメントでの先行確認計測を行い、コントラストを求める（ステップ１０５、ステップ１０６）。これをアライメントマークや照明条件といった全アライメント条件で行い、図５に示される全てのアライメント条件でのコントラスト表を作る。全アライメント条件の中で最もコントラストの高いアライメント条件を求め（ステップ１０７）、このアライメント条件でウェハのファインアライメント計測を行う（ステップ１０８）。
上述の実施例では、アライメントマーク種を４種、アライメント条件を５つとしたが、より良いアライメント条件を求めるためには、アライメントマークの種類およびアライメント条件ともに多い方が良い。しかし、従来例ではアライメント条件が増えれば増えるほど、ファインアライメント前の先行確認計測の時間が増えるので、露光装置のスループットが劣化した。
本実施例１では、第１の計測において第１計測用マークであるプリアライメント用マークＴを計測する視野内である図７に示される低倍画像領域１００内に第２の計測の照明光２０ｃの波長域、照明光２０ｃのＮＡおよび検出光２０ａのＮＡの１つ以上を決定するための第２計測条件決定用マークであるファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を入れる。さらに、第１の計測において第２計測条件決定用マークであるファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を計測し、計測結果から第２の計測の照明光２０ｃの波長域、照明光２０ｃのＮＡおよび検出光２０ａのＮＡの１つ以上を決定する。ここで、第１計測用マークであるプリアライメント用マークＴと、第２計測条件決定マークであるファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4とは異なる。
すなわち、図７に示される低倍画像領域１００内に構成されたプリアライメント用マークＴとファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を同時に、プリアライメント検出系で測定することで、プリアライメント計測時にファインアライメント計測において最もコントラストが高い照明条件を決定することができる。
本実施例１でのアライメントシーケンスでは、低倍用光学系３６で図７に示すようなプリアライメント用マークＴを計測し、おおまかな位置合わせをすると同時に、低倍画像領域１００内に存在するファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4のコントラスト計測ができる。従来例は図４に示したようにプリアライメント用マークＴを測定した後に、ファインアライメント用マーク mark1、mark2、mark3、mark4を順に測定していたシーケンスであった。しかし、本実施例１においてはプリアライメント用マークＴとファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を同時に計測する。ＯＡ検出系の照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどの照明条件を変えて、低倍画像領域１００内の全てのアライメントマークを計測し、これらの条件の中で最もコントラストの高いアライメント条件を決定する。すなわち、第１の計測は、複数の照明光２０ｃの波長域、複数の照明光２０ｃのＮＡおよび複数の検出光２０ａのＮＡのいずれか１以上で計測する。
図７に示されるファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4をプリアライメント計測した結果が、図８に示されるが、最もコントラストの高いアライメント条件としてマーク種mark2および照明条件２の組み合わせが選ばれる。このアライメント条件でウェハ３のファインアライメントが行われる。
すなわち、図７に示される低倍画像領域１００内に構成されたプリアライメント用マークＴとファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を同時に、プリアライメント検出系で測定することで、プリアライメント計測時にファインアライメント計測において最もコントラストが高い照明条件を決定することができる。
本実施例１でのアライメントシーケンスでは、低倍用光学系３６で図７に示すようなプリアライメント用マークＴを計測し、おおまかな位置合わせをすると同時に、低倍画像領域１００内に存在するファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4のコントラスト計測ができる。従来例は図４に示したようにプリアライメント用マークＴを測定した後に、ファインアライメント用マーク mark1、mark2、mark3、mark4を順に測定していたシーケンスであった。しかし、本実施例１においてはプリアライメント用マークＴとファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を同時に計測する。ＯＡ検出系の照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどの照明条件を変えて、低倍画像領域１００内の全てのアライメントマークを計測し、これらの条件の中で最もコントラストの高いアライメント条件を決定する。すなわち、第１の計測は、複数の照明光２０ｃの波長域、複数の照明光２０ｃのＮＡおよび複数の検出光２０ａのＮＡのいずれか１以上で計測する。
図７に示されるファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4をプリアライメント計測した結果が、図８に示されるが、最もコントラストの高いアライメント条件としてマーク種mark2および照明条件２の組み合わせが選ばれる。このアライメント条件でウェハ３のファインアライメントが行われる。
上述の本実施例１におけるアライメント計測シーケンスのフローチャートを図９に示す。
まずウェハ３のおおまかな位置合わせを行うために、プリアライメント用マークでウェハのプリアライメントを行う。プリアライメントマークをプリアライメント計測し（ステップ２０１）コントラストを求め（ステップ２０２）、このシーケンスをアライメント条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）分繰り返す。ステップ２０１とステップ２０２をアライメント条件分繰り返すことで、プリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件を求める（ステップ２０３）。ステップ２０１のプリアライメントマーク計測時に、図７に示される低倍画像領域の視野内にファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を入れておくことで、同時にファインアライメントにとって最もコントラストの高いファインアライメント条件を求めることもできる（ステップ２０３）。ステップ２０３でプリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件が求められるので、この条件を使ってプリアライメント計測をし、ウェハ３のおおまかな位置合わせを行う（ステップ２０４）。ステップ２０４でウェハ３のおおまかな位置合わせが終わったら、ステップ２０３で求めたファインアライメントにとって最もコントラストの高いファインアライメント条件でウェハ３のファインアライメントを行う（ステップ２０５）。
まずウェハ３のおおまかな位置合わせを行うために、プリアライメント用マークでウェハのプリアライメントを行う。プリアライメントマークをプリアライメント計測し（ステップ２０１）コントラストを求め（ステップ２０２）、このシーケンスをアライメント条件（照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡ）分繰り返す。ステップ２０１とステップ２０２をアライメント条件分繰り返すことで、プリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件を求める（ステップ２０３）。ステップ２０１のプリアライメントマーク計測時に、図７に示される低倍画像領域の視野内にファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4を入れておくことで、同時にファインアライメントにとって最もコントラストの高いファインアライメント条件を求めることもできる（ステップ２０３）。ステップ２０３でプリアライメントにとって最もコントラストの高いプリアライメント条件が求められるので、この条件を使ってプリアライメント計測をし、ウェハ３のおおまかな位置合わせを行う（ステップ２０４）。ステップ２０４でウェハ３のおおまかな位置合わせが終わったら、ステップ２０３で求めたファインアライメントにとって最もコントラストの高いファインアライメント条件でウェハ３のファインアライメントを行う（ステップ２０５）。
図９に示したような本実施例１によるアライメント計測シーケンスによると、図６に示される従来例の計測シーケンスと比べて、ファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4をアライメント条件分だけ先行確認計測する必要がなくなる。このため、より短時間でファインアライメント計測の条件を決定することができ、露光装置のスループットが向上する。
また上述の説明ではプリアライメント計測時に測定したファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4のコントラスト評価によって、ファインアライメント計測の条件の決定を行ったが、プリアライメント計測時に測定したファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4の画像の評価によって、ファインアライメント計測の条件の決定を行っても良い。通常のプロセスウェハではウェハには様々なプロセスが積まれ、多層膜構造となっている。アライメントマークは多層のプロセスの下にある時もあり、アライメント検出信号はマーク上層のプロセスの影響を受ける場合もある。アライメントマーク上層のプロセスが均一に分布していれば問題はないが、マークの付近でプロセスが傾斜を持つと、アライメント検出信号もプロセスの傾斜の影響で傾いてしまう。
また上述の説明ではプリアライメント計測時に測定したファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4のコントラスト評価によって、ファインアライメント計測の条件の決定を行ったが、プリアライメント計測時に測定したファインアライメント用マークmark1、mark2、mark3、mark4の画像の評価によって、ファインアライメント計測の条件の決定を行っても良い。通常のプロセスウェハではウェハには様々なプロセスが積まれ、多層膜構造となっている。アライメントマークは多層のプロセスの下にある時もあり、アライメント検出信号はマーク上層のプロセスの影響を受ける場合もある。アライメントマーク上層のプロセスが均一に分布していれば問題はないが、マークの付近でプロセスが傾斜を持つと、アライメント検出信号もプロセスの傾斜の影響で傾いてしまう。
図２０は、プロセスの傾斜の影響を受けたアライメントマークmark1と、マーク上層のプロセスが均一なアライメントマークmark2でのプリアライメント計測時の画像と、それぞれのマークでのファインアライメント波形を示した図である。
プロセスの傾斜の影響を受けたアライメントマークmark1ではファインアライメント波形も傾いており、プロセスが均一なアライメントマークmark2ではファインアライメント波形に傾きは見られない。
この場合、mark1の方がmark2よりもプロセスの傾斜の影響を受け易いマークであり、ファインアライメント計測ではmark2を使う方が好適である。
本実施例１のプリアライメント時の画像データを利用してファインアライメント計測のアライメント条件を求める手法では、プリアライメント画像からプロセスの傾斜の影響が最も少ないアライメントマークを求め、前記マークでファインアライメント計測を行うことができる。
プロセスの傾斜の影響を受けたアライメントマークmark1ではファインアライメント波形も傾いており、プロセスが均一なアライメントマークmark2ではファインアライメント波形に傾きは見られない。
この場合、mark1の方がmark2よりもプロセスの傾斜の影響を受け易いマークであり、ファインアライメント計測ではmark2を使う方が好適である。
本実施例１のプリアライメント時の画像データを利用してファインアライメント計測のアライメント条件を求める手法では、プリアライメント画像からプロセスの傾斜の影響が最も少ないアライメントマークを求め、前記マークでファインアライメント計測を行うことができる。
図２１は、図２０に示したファインアライメント用マークmark1、mark2のプリアライメント画像でのマーク近傍のプリアライメントでの検出強度を示したものである。
図２１に示される各々のグラフはプリアライメント画像を線６３部分で見たときの検出強度を示したもので、同じサンプル領域に対してmark1ではmark2よりも検出強度の傾斜の割合：（ｍａｘ−ｍｉｎ）／(ｍａｘ＋ｍｉｎ)が大きい。この場合、mark1はmark2に比べてファインアライメント波形の傾きも大きいため、ファインアライメント計測ではmark2を使うことが好適である。
上述の説明では、プロセスの傾斜の影響を受け難いアライメントマークについて説明したが、本実施例はアライメントマークの選択のみに限らない。照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡに対しても同様の処理は可能であり、本実施例によれば、プロセスの傾斜の影響を受け難いアライメント条件を求めることができる。
上記のように本実施例１によれば、プリアライメントの後に行っていたファインアライメントでの先行確認計測を行う必要がない。さらに、プリアライメントの情報を基に、ファインアライメントで最もコントラストが得られるアライメント条件を決定することが出来、露光装置のスループットが向上する。
さらに、プリアライメント時の画像データから最もプロセスの傾斜の影響を受けないアライメント条件を決定することもできる。プリアライメントでの計測データを基に、ファインアライメントで傾きの小さい検出信号を選択できるため、ウェハ間でより安定した信号を選択し、より高精度なアライメントを達成できる。
図２１に示される各々のグラフはプリアライメント画像を線６３部分で見たときの検出強度を示したもので、同じサンプル領域に対してmark1ではmark2よりも検出強度の傾斜の割合：（ｍａｘ−ｍｉｎ）／(ｍａｘ＋ｍｉｎ)が大きい。この場合、mark1はmark2に比べてファインアライメント波形の傾きも大きいため、ファインアライメント計測ではmark2を使うことが好適である。
上述の説明では、プロセスの傾斜の影響を受け難いアライメントマークについて説明したが、本実施例はアライメントマークの選択のみに限らない。照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡに対しても同様の処理は可能であり、本実施例によれば、プロセスの傾斜の影響を受け難いアライメント条件を求めることができる。
上記のように本実施例１によれば、プリアライメントの後に行っていたファインアライメントでの先行確認計測を行う必要がない。さらに、プリアライメントの情報を基に、ファインアライメントで最もコントラストが得られるアライメント条件を決定することが出来、露光装置のスループットが向上する。
さらに、プリアライメント時の画像データから最もプロセスの傾斜の影響を受けないアライメント条件を決定することもできる。プリアライメントでの計測データを基に、ファインアライメントで傾きの小さい検出信号を選択できるため、ウェハ間でより安定した信号を選択し、より高精度なアライメントを達成できる。
次に、本発明の実施例２であるプリアライメント時に取得したプロセス情報を利用したシミュレーションにより、ファインアライメントでの高コントラストなアライメント条件を求めるアライメント計測手法について説明する。
図１０に示されるウェハ３上にアライメントマークと複数種のレジスト３ａが構成されているプロセスをアライメントする場合を説明する。
従来例は図１０のようなレジスト３ａが塗布されたウェハ３をアライメントする前に照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどのアライメント条件を変えてウェハ３の先行確認計測を行うことで、このプロセスにとって最も高コントラストなアライメント条件を求めてからアライメントを開始していた。
本実施例２では、図１０に示される複雑なプロセスをアライメントする際には、露光装置に備え付けられている入力器６０に前記プロセス構成を入力する。
測定手段である測定器６１は、被検物体であるウェハ３の膜厚および屈折率を測定する。計算手段である計算機６２は、測定されたウェハ３の膜厚および屈折率および入力されたウェハ３の構成情報を基に反射率および検出信号の計算を行う。さらに、本実施例２では、計算機６２で計算された反射率および検出信号に基づいて照明光２０ｃの波長域、照明光２０ｃのＮＡおよび検出光２０ａのＮＡの１つ以上を決定する。フォーカス検出系１５は、ウェハ３の高さ情報を測定し、フォーカス検出系１５で測定された高さ情報を、さらに加えて前記計算を行い、アライメント検出系１６での第１の計測および第２の計測の前記照明光２０ｃの波長域、照明光２０ｃのＮＡおよび検出光２０ａのＮＡの１つ以上を決定する。
露光装置に備え付けられた計算機６２は入力器６０に入力された前記プロセス構成と測定器６１で測定された前記プロセスのプロセス情報とフォーカス検出系１５で測定されたプロセスの表面形状情報に基づいて、前記プロセスの反射率計算を行う。
反射率計算とは図１０に示されるウェハ３のマーク３ｂの反射率Ａとマーク３ｂが無い部分の反射率Ｂをシミュレーションにより求めることで、この反射率Ａと反射率Ｂの差分が前記プロセスのコントラストとなる。
フォーカス検出系１５は、ウェハ３の搬送時若しくはウェハ３のプリアライメント時にウェハ表面層４２の凹凸情報を測定することで、プロセスの表面形状についての詳細な情報を得る。図１０に示したようなプロセスウェハのウェハ表面層４２は図１０に示される完全に平坦ではなく、実際には凹凸形状を持っている。このようなウェハ３を図１０に示したようにウェハ表面層４２が平坦なものとしてシミュレーションすると、ウェハ表面層４２に存在する凹凸が原因でシミュレーションの正確性を欠く。そこで、フォーカス検出系１５で計測されるプロセスの表面形状を用いてシミュレーションを行うことで、前記プロセスのシミュレーションの精度を高める。
図１０に示されるウェハ３上にアライメントマークと複数種のレジスト３ａが構成されているプロセスをアライメントする場合を説明する。
従来例は図１０のようなレジスト３ａが塗布されたウェハ３をアライメントする前に照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどのアライメント条件を変えてウェハ３の先行確認計測を行うことで、このプロセスにとって最も高コントラストなアライメント条件を求めてからアライメントを開始していた。
本実施例２では、図１０に示される複雑なプロセスをアライメントする際には、露光装置に備え付けられている入力器６０に前記プロセス構成を入力する。
測定手段である測定器６１は、被検物体であるウェハ３の膜厚および屈折率を測定する。計算手段である計算機６２は、測定されたウェハ３の膜厚および屈折率および入力されたウェハ３の構成情報を基に反射率および検出信号の計算を行う。さらに、本実施例２では、計算機６２で計算された反射率および検出信号に基づいて照明光２０ｃの波長域、照明光２０ｃのＮＡおよび検出光２０ａのＮＡの１つ以上を決定する。フォーカス検出系１５は、ウェハ３の高さ情報を測定し、フォーカス検出系１５で測定された高さ情報を、さらに加えて前記計算を行い、アライメント検出系１６での第１の計測および第２の計測の前記照明光２０ｃの波長域、照明光２０ｃのＮＡおよび検出光２０ａのＮＡの１つ以上を決定する。
露光装置に備え付けられた計算機６２は入力器６０に入力された前記プロセス構成と測定器６１で測定された前記プロセスのプロセス情報とフォーカス検出系１５で測定されたプロセスの表面形状情報に基づいて、前記プロセスの反射率計算を行う。
反射率計算とは図１０に示されるウェハ３のマーク３ｂの反射率Ａとマーク３ｂが無い部分の反射率Ｂをシミュレーションにより求めることで、この反射率Ａと反射率Ｂの差分が前記プロセスのコントラストとなる。
フォーカス検出系１５は、ウェハ３の搬送時若しくはウェハ３のプリアライメント時にウェハ表面層４２の凹凸情報を測定することで、プロセスの表面形状についての詳細な情報を得る。図１０に示したようなプロセスウェハのウェハ表面層４２は図１０に示される完全に平坦ではなく、実際には凹凸形状を持っている。このようなウェハ３を図１０に示したようにウェハ表面層４２が平坦なものとしてシミュレーションすると、ウェハ表面層４２に存在する凹凸が原因でシミュレーションの正確性を欠く。そこで、フォーカス検出系１５で計測されるプロセスの表面形状を用いてシミュレーションを行うことで、前記プロセスのシミュレーションの精度を高める。
図１１は、図１０のプロセスの反射率計算を行うことで求めた照明光の波長域に対するコントラストＣのグラフである。
まず、簡単に説明するために単波長とする。図１１のグラフのコントラストＣが０％以上の波長であれば波形は、図１２に示される凸型波形４３となり、コントラストＣが０％以下の波長であれば波形は図１２に示される凹型波形４４となる。また同じコントラストＣが０％以上の波長でも図１１に示される波長Ｄと波長Ｆとで得られる波形は、図１２に示される波形４３、４５のようにコントラストが異なったものとなる。つまりコントラストの高い波形を得るには図１１に示されるコントラストＣの絶対値が大きい波長であれば良い。
上述のコントラストＣと波形の説明では簡単に説明するために単波長で説明したが、以下、本実施例２における広い波長域を持つ光源の光から最適な波長域を選択する手法について説明する。ここでは広い波長域を持つ光源２０からの光を、波長フィルタ板３９で光源２０が持つ波長域よりも狭い波長域の光に分割して照射する場合を説明する。波長フィルタ板３９が持つ波長フィルタとしては、λ(Ｇ)〜λ(Ｈ)までの波長域Ｇとλ(Ｈ)〜λ(Ｉ)までの波長域Ｈとλ(Ｉ)〜λ(Ｊ)までの波長域Ｉの３つの波長域を持つフィルタの場合を説明する。これらの３つの波長域から、図１０に示されるプロセスにとってコントラストが高くプロセスのロット間バラツキの影響を受け難い波長域を選択する手順について以下に説明する。
図１３は、上述と同様のプロセスのコントラストＣと波長域Ｇ・Ｈ・Ｉの関係を示したものであり、ここでは波長に対するコントラストＣの変化を関数Ｃ(λ)で表す。図１３の斜線部分３ｃに示した波長域ＧにおけるコントラストＣの積分値の波長平均をI(G)とするとＩ(Ｇ)は
まず、簡単に説明するために単波長とする。図１１のグラフのコントラストＣが０％以上の波長であれば波形は、図１２に示される凸型波形４３となり、コントラストＣが０％以下の波長であれば波形は図１２に示される凹型波形４４となる。また同じコントラストＣが０％以上の波長でも図１１に示される波長Ｄと波長Ｆとで得られる波形は、図１２に示される波形４３、４５のようにコントラストが異なったものとなる。つまりコントラストの高い波形を得るには図１１に示されるコントラストＣの絶対値が大きい波長であれば良い。
上述のコントラストＣと波形の説明では簡単に説明するために単波長で説明したが、以下、本実施例２における広い波長域を持つ光源の光から最適な波長域を選択する手法について説明する。ここでは広い波長域を持つ光源２０からの光を、波長フィルタ板３９で光源２０が持つ波長域よりも狭い波長域の光に分割して照射する場合を説明する。波長フィルタ板３９が持つ波長フィルタとしては、λ(Ｇ)〜λ(Ｈ)までの波長域Ｇとλ(Ｈ)〜λ(Ｉ)までの波長域Ｈとλ(Ｉ)〜λ(Ｊ)までの波長域Ｉの３つの波長域を持つフィルタの場合を説明する。これらの３つの波長域から、図１０に示されるプロセスにとってコントラストが高くプロセスのロット間バラツキの影響を受け難い波長域を選択する手順について以下に説明する。
図１３は、上述と同様のプロセスのコントラストＣと波長域Ｇ・Ｈ・Ｉの関係を示したものであり、ここでは波長に対するコントラストＣの変化を関数Ｃ(λ)で表す。図１３の斜線部分３ｃに示した波長域ＧにおけるコントラストＣの積分値の波長平均をI(G)とするとＩ(Ｇ)は
それに対して図１３の点部分に示した波長域IにおけるコントラストＣの積分値の波長平均I(I)は
また図１３の横線部分に示した波長域ＨでのコントラストＣの積分値の波長平均I(H)は
上記説明では反射率計算により高コントラストな波長域を選択する手法について説明したが、本実施例２ではさらにロット間バラツキの影響を受け難い波長域を求めることが可能である。例えば図１０に示したプロセスのレジスト部分がロット間バラツキを持つ場合を考える。図１４は図１０に示したプロセスのレジスト部分がロット間バラツキによって厚くなっている場合と薄くなっている場合と標準膜厚の場合での波長に対するコントラストCを示したグラフである。図１４の実線４７は図１０のレジスト３ａが標準膜厚の時、点線４８はレジスト３ａが標準よりも厚くなっている時、波線４９はレジスト３ａが標準よりも薄くなっている時の波長に対するコントラストCを示している。図１４のようにレジスト３ａの膜厚によって、前記プロセスの波長に対するコントラストＣは変化する。
図１５はレジスト３ａが標準よりも厚くなっている場合での波長に対するコントラストＣと波長域Ｇ・Ｈ・Ｉの関係を示している。図１５の波長に対するコントラストＣを関数Ｃ4８(λ)と表すと、波長域Ｇで得られるコントラストＣの積分値の波長平均Ｉ4８(Ｇ)は
次に、図１０のレジスト３ａの膜厚が厚くなっている時に、図１５に示される波長域Iで得られるコントラストCの積分値の波長平均Ｉ4８(I)は
図１６は、図１０のレジスト３ａが標準よりも薄くなっている場合での波長に対するコントラストＣと波長域Ｇ・Ｈ・Ｉの関係を示している。図１６の波長に対するコントラストＣを関数Ｃ4９(λ)と表すと、波長域Ｇで得られるコントラストＣの積分値の波長平均Ｉ4９(Ｇ)は
次に、図１０のレジスト３ａの膜厚が薄くなっている時に、図１６に示される波長域Iで得られるコントラストCの積分値の波長平均Ｉ4９(I)は
前記レジスト部の膜厚が変化した際のコントラストの積分値の波長平均を、各波長域ごとにグラフにしたものが図１７である。５０は波長域Gでのコントラストの積分値の波長平均で５２は波長域Hでのコントラストの積分値の波長平均Iで５１は波長域Iでのコントラストの積分値の波長平均である。図１７より前記レジスト部の膜厚が変化しても波長域Gではコントラストはほとんど変化しないことが分かる。この結果より、標準膜厚では波長域Gと波長域Iのコントラストは同程度であったが、前記レジスト部の膜厚変化の影響を受け難い波長域Gの方が前記プロセスをアライメントする際の波長域としては良いと判断できる。よって前記プロセスをアライメントする際には波長域G・H・Iの3つの波長域の内、波長域Gが最も良いと判断され、制御装置は波長フィルタ板３９の内、波長域Gを持つフィルタを選択してアライメントを開始する。
図１８に本実施例２の流れをフローチャートで示す。
まず、これから流すプロセスの構成を入力器６０に入力する（ステップ３０１）。次にウェハの搬送時にプロセスの情報が測定器６１によって測定される（ステップ３０２）。次に、ウェハ３がウェハステージ４に搭載されプリアライメント中にウェハ３表面の凹凸情報をフォーカス検出系１５が検出する（ステップ３０３）。このステップ３０１・３０２・３０３の順序は不問であり、順序が逆転していても良い。ステップ３０１・３０２・３０３を全て済ますと、次はステップ３０１、３０２、３０３で得たプロセスの構成やプロセスの情報を基に露光装置に備え付けられた計算機６２がコントラストが高く、プロセスのロット間バラツキの影響を最も受け難い波長域を計算で求める（ステップ３０４）。計算機６２が前記波長域の選定を行ったら、制御装置（不図示）はステップ３０４で選定された波長域に相当する波長フィルタに変更を行う（ステップ３０５）。最後にステップ３０５で変更された前記波長フィルタでアライメントを開始する（ステップ３０６）。
上述のフローチャートに示したように、入力されたプロセス構成と測定されたプロセス情報を基に高コントラストな波長域を計算で求めることで、従来行っていた波長域を選択する為の先行確認計測時間を省略することが可能となる。結果、装置のスループットアップに貢献できる。さらに本実施例２で求められる波長域は高コントラストであるだけでなく、プロセスのロット間バラツキの影響を受け難い波長域でもあるため、本実施例２を有する露光装置はロット間バラツキの影響を受け難い。
まず、これから流すプロセスの構成を入力器６０に入力する（ステップ３０１）。次にウェハの搬送時にプロセスの情報が測定器６１によって測定される（ステップ３０２）。次に、ウェハ３がウェハステージ４に搭載されプリアライメント中にウェハ３表面の凹凸情報をフォーカス検出系１５が検出する（ステップ３０３）。このステップ３０１・３０２・３０３の順序は不問であり、順序が逆転していても良い。ステップ３０１・３０２・３０３を全て済ますと、次はステップ３０１、３０２、３０３で得たプロセスの構成やプロセスの情報を基に露光装置に備え付けられた計算機６２がコントラストが高く、プロセスのロット間バラツキの影響を最も受け難い波長域を計算で求める（ステップ３０４）。計算機６２が前記波長域の選定を行ったら、制御装置（不図示）はステップ３０４で選定された波長域に相当する波長フィルタに変更を行う（ステップ３０５）。最後にステップ３０５で変更された前記波長フィルタでアライメントを開始する（ステップ３０６）。
上述のフローチャートに示したように、入力されたプロセス構成と測定されたプロセス情報を基に高コントラストな波長域を計算で求めることで、従来行っていた波長域を選択する為の先行確認計測時間を省略することが可能となる。結果、装置のスループットアップに貢献できる。さらに本実施例２で求められる波長域は高コントラストであるだけでなく、プロセスのロット間バラツキの影響を受け難い波長域でもあるため、本実施例２を有する露光装置はロット間バラツキの影響を受け難い。
上述の本実施例２の説明では、複数の波長域の中から高コントラストかつロット間バラツキの影響を受け難い波長域を計算で求めることで、露光装置のスループットを向上させる手法について説明したが、本実施例２は波長域の選択のみに限定するものではない。アライメント照明条件としては波長域の他に照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどがあるが、本実施例は照明光の波長域の選択のみならず高コントラストな照明光のＮＡ、検出光のＮＡを計算で求めることも可能である。これら計算によって求められた照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡなどのアライメント照明条件を基に照明光の波長域、照明光のＮＡ、検出光のＮＡを選択しアライメントを開始することによって、従来例においてはアライメント照明条件の決定のために行っていた先行確認計測を省略することが可能となる。
上述までの説明では、ＯＡ検出系での画像処理方式のアライメントシステムを用いて本実施例２について説明したが、本実施例２はもちろん画像処理方式に限定するものではなく、レーザグレーティング方式にも適用可能である。レーザグレーティング方式のアライメント検出系は通常、波長の異なる複数個のレーザを備えており、プロセスによってレーザの切換を行う手法が一般的である。従来のレーザグレーティング方式のアライメントのシーケンスでは、プロセスに対して波長の異なる複数個のレーザ全てを用いて先行確認計測を行い、最も高いコントラストが得られる波長のレーザを調べた後に前記レーザで本計測を行う、といったシーケンスが一般的であった。本実施例２によると、レーザグレーティング方式のアライメント検出系でも先行確認計測を行わずに、高コントラストかつロット間バラツキの影響を受け難いレーザでアライメントを開始することが可能である。
上述までの説明では、ＯＡ検出系での画像処理方式のアライメントシステムを用いて本実施例２について説明したが、本実施例２はもちろん画像処理方式に限定するものではなく、レーザグレーティング方式にも適用可能である。レーザグレーティング方式のアライメント検出系は通常、波長の異なる複数個のレーザを備えており、プロセスによってレーザの切換を行う手法が一般的である。従来のレーザグレーティング方式のアライメントのシーケンスでは、プロセスに対して波長の異なる複数個のレーザ全てを用いて先行確認計測を行い、最も高いコントラストが得られる波長のレーザを調べた後に前記レーザで本計測を行う、といったシーケンスが一般的であった。本実施例２によると、レーザグレーティング方式のアライメント検出系でも先行確認計測を行わずに、高コントラストかつロット間バラツキの影響を受け難いレーザでアライメントを開始することが可能である。
本実施例２によるレーザグレーティング方式のアライメント検出系について図１９のフローチャートを用いて以下に説明する。
まず、これから流すプロセスの構成を入力器６０に入力する（ステップ４０１）。次にウェハ３の搬送時にプロセスの情報は測定器６１によって測定される（ステップ４０２）。次にはウェハ３がウェハステージ４に搭載されプリアライメント中にウェハ表面の凹凸情報をフォーカス検出系が検出する（ステップ４０３）。なおこのステップ４０１、４０２、４０３の順序は不問であり、順序が逆転していても良い。ステップ４０１、４０２、４０３を全て済ますと、次はステップ４０１、４０２、４０３で得たプロセスの構成やプロセスの情報を基に露光装置に備え付けられた計算機６２がコントラストが高く、プロセスのロット間バラツキの影響を最も受け難い波長を計算で求める（ステップ４０４）。計算機６２が波長の選定を行うと、制御装置（不図示）はステップ４０４で選定された波長に相当する光源（レーザ）に切換を行う（ステップ４０５）。最後にステップ４０５で切換られた光源（レーザ）でアライメントを開始する（４０６）。
上述のフローチャートに示したように、入力されたプロセス構成と測定されたプロセス情報を基に高コントラストな波長を計算で求めることで、従来例において行っていたレーザを選択するための先行確認計測を省略することが可能となる。このため、露光装置のスループットが向上する。
また上述までの説明ではロット間バラツキとして、プロセスの膜厚のみを可変パラメーターとしてコントラスト変化の説明を行ったが、ロット間バラツキの可変パラメーターとしてマーク部の段差やプロセスの物性値を利用することも可能である。
まず、これから流すプロセスの構成を入力器６０に入力する（ステップ４０１）。次にウェハ３の搬送時にプロセスの情報は測定器６１によって測定される（ステップ４０２）。次にはウェハ３がウェハステージ４に搭載されプリアライメント中にウェハ表面の凹凸情報をフォーカス検出系が検出する（ステップ４０３）。なおこのステップ４０１、４０２、４０３の順序は不問であり、順序が逆転していても良い。ステップ４０１、４０２、４０３を全て済ますと、次はステップ４０１、４０２、４０３で得たプロセスの構成やプロセスの情報を基に露光装置に備え付けられた計算機６２がコントラストが高く、プロセスのロット間バラツキの影響を最も受け難い波長を計算で求める（ステップ４０４）。計算機６２が波長の選定を行うと、制御装置（不図示）はステップ４０４で選定された波長に相当する光源（レーザ）に切換を行う（ステップ４０５）。最後にステップ４０５で切換られた光源（レーザ）でアライメントを開始する（４０６）。
上述のフローチャートに示したように、入力されたプロセス構成と測定されたプロセス情報を基に高コントラストな波長を計算で求めることで、従来例において行っていたレーザを選択するための先行確認計測を省略することが可能となる。このため、露光装置のスループットが向上する。
また上述までの説明ではロット間バラツキとして、プロセスの膜厚のみを可変パラメーターとしてコントラスト変化の説明を行ったが、ロット間バラツキの可変パラメーターとしてマーク部の段差やプロセスの物性値を利用することも可能である。
（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより形成、製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより形成、製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。
１ レチクル ２ レチクルステージ ３ ウェハ
４ ウェハステージ ５ 照明光学系 ６ 投影光学系
７ レチクルステージ上ミラー ８ ウェハステージ上ミラー
９ レチクルステージ上ミラー計測用XY方向用レーザ干渉計
１０ ウェハステージ上ミラー計測用XY方向用レーザ干渉計
１１ ステージ基準プレート
１２ ウェハステージ上ミラー計測用Z方向用レーザ干渉計
１３ レチクルアライメント検出系
１４ 透過型レチクルアライメント検出系
１５ フォーカス検出系 １６ ウェハアライメント検出系
１７ レチクルアライメント検出形用基準マーク
１８ ウェハアライメント検出系用基準マーク
１９ ウェハアライメントマーク
２０ ウェハアライメント検出系用照明光源
２１ 第一照明光学系 ２２ ＮＡ絞り ２３ 第二照明光学系
２４ 偏光ビームスプリッター ２５ λ／４板
２６ 対物レンズ ２７ リレーレンズ
２８ 切換ミラー ２９ 低倍用第一結像光学系
３０ 低倍用第二結像光学系 ３１ 低倍用光電変換素子
３２ 高倍用第一結像光学系 ３３ 高倍用第二結像光学系
３４ 高倍用光電変換素子 ３５ 切換ミラー
３６ 低倍用光学系 ３７ 高倍用光学系
３８ 第一リレー光学系 ３９ 波長フィルタ板
４０ 第二リレー光学系 ４１ 開口絞り
４２ プロセスの表面層 ４３〜４６ 波形
４７ レジスト膜厚が標準時の波長に対するコントラストCの変化
４８ レジスト膜厚が標準時よりも厚い場合の波長に対するコントラストCの変化
４９ レジスト膜厚が標準時よりも薄い場合の波長に対するコントラストCの変化
５０ 波長域Gでのレジスト膜厚に対するコントラストの積分値の波長平均の変化
５１ 波長域Iでのレジスト膜厚に対するコントラストの積分値の波長平均の変化
５２ 波長域Hでのレジスト膜厚に対するコントラストの積分値の波長平均の変化
６０ 入力器 ６１ 測定器 ６２ 計算機
６３ サンプル部分
６４ プロセスに傾斜があるときの強度変化
６５ プロセスに傾斜がないときの強度変化
４ ウェハステージ ５ 照明光学系 ６ 投影光学系
７ レチクルステージ上ミラー ８ ウェハステージ上ミラー
９ レチクルステージ上ミラー計測用XY方向用レーザ干渉計
１０ ウェハステージ上ミラー計測用XY方向用レーザ干渉計
１１ ステージ基準プレート
１２ ウェハステージ上ミラー計測用Z方向用レーザ干渉計
１３ レチクルアライメント検出系
１４ 透過型レチクルアライメント検出系
１５ フォーカス検出系 １６ ウェハアライメント検出系
１７ レチクルアライメント検出形用基準マーク
１８ ウェハアライメント検出系用基準マーク
１９ ウェハアライメントマーク
２０ ウェハアライメント検出系用照明光源
２１ 第一照明光学系 ２２ ＮＡ絞り ２３ 第二照明光学系
２４ 偏光ビームスプリッター ２５ λ／４板
２６ 対物レンズ ２７ リレーレンズ
２８ 切換ミラー ２９ 低倍用第一結像光学系
３０ 低倍用第二結像光学系 ３１ 低倍用光電変換素子
３２ 高倍用第一結像光学系 ３３ 高倍用第二結像光学系
３４ 高倍用光電変換素子 ３５ 切換ミラー
３６ 低倍用光学系 ３７ 高倍用光学系
３８ 第一リレー光学系 ３９ 波長フィルタ板
４０ 第二リレー光学系 ４１ 開口絞り
４２ プロセスの表面層 ４３〜４６ 波形
４７ レジスト膜厚が標準時の波長に対するコントラストCの変化
４８ レジスト膜厚が標準時よりも厚い場合の波長に対するコントラストCの変化
４９ レジスト膜厚が標準時よりも薄い場合の波長に対するコントラストCの変化
５０ 波長域Gでのレジスト膜厚に対するコントラストの積分値の波長平均の変化
５１ 波長域Iでのレジスト膜厚に対するコントラストの積分値の波長平均の変化
５２ 波長域Hでのレジスト膜厚に対するコントラストの積分値の波長平均の変化
６０ 入力器 ６１ 測定器 ６２ 計算機
６３ サンプル部分
６４ プロセスに傾斜があるときの強度変化
６５ プロセスに傾斜がないときの強度変化
Claims (12)
- 被検物体への照明光を照射する照明光学系と、
前記被検物体から反射される反射光を集光して、前記被検物体の第１の結像倍率の像を形成する第１の光学系、前記第１の結像倍率よりも高い前記被検物体の第２の結像倍率の像を形成する第２の光学系、前記第１の光学系と前記第２の光学系とを切替える切替え手段、前記第１の結像倍率の像を光電変換する第１の像検出手段および前記第２の結像倍率の像を光電変換する第２の像検出手段から成る結像光学系と、を有し、
前記第１の結像倍率の像の視野での第１の計測の情報を基に前記第２の結像倍率の像の視野での第２の計測を行うことを特徴とするアライメント検出系。 - 前記照明光学系から照射される前記照明光の波長域を切り替える波長切換手段を有し、
前記第１の計測の情報を基に前記第２の計測の前記照明光の波長域を決定することを特徴とする請求項１記載のアライメント検出系。 - 前記照明光学系から照射される前記照明光のＮＡを切り替える照明ＮＡ切換手段を有し、
前記第１の計測の情報を基に前記第２の計測の前記照明光のＮＡを決定することを特徴とする請求項１記載のアライメント検出系。 - 前記被検物体に照射される検出光のＮＡを切り替える検出ＮＡ切換手段を有し、
前記第１の計測の情報を基に前記第２の計測の前記検出光のＮＡを決定することを特徴とする請求項１記載のアライメント検出系。 - 前記第１の計測において第１計測用マークを計測する視野内に第２の計測の前記照明光の波長域、前記照明光のＮＡおよび前記検出光のＮＡの１つ以上を決定するための第２計測条件決定用マークを入れ、
前記第１の計測において前記第２計測条件決定用マークを計測し、前記計測結果から第２の計測の前記照明光の波長域、前記照明光のＮＡおよび前記検出光のＮＡの１つ以上を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアライメント検出系。 - 前記第１計測用マークと、前記第２計測条件決定マークとは異なることを特徴とする請求項５記載のアライメント検出系。
- 前記第１の計測は、複数の前記照明光の波長域、複数の前記照明光のＮＡおよび複数の前記検出光のＮＡのいずれか１以上で計測することを特徴とする請求項５または６に記載のアライメント検出系。
- 前記被検物体の膜厚および屈折率を測定する測定手段と、
前記被検物体の構成情報を入力する入力手段と、
測定された前記被検物体の前記膜厚および屈折率および入力された前記被検物体の構成情報を基に反射率および検出信号の計算を行う計算手段と、を有し、
前記計算手段で計算された前記反射率および検出信号に基づいて前記照明光の波長域、前記照明光のＮＡおよび前記検出光のＮＡの１つ以上を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアライメント検出系。 - 前記被検物体の高さ情報を測定するフォーカス検出系を有し、
前記フォーカス検出系で測定された前記高さ情報を、さらに加えて前記計算を行い、
前記アライメント検出系での第１の計測および第２の計測の前記波長域、前記照明光のＮＡおよび前記検出光のＮＡの１つ以上を決定することを特徴とする請求項８に記載のアライメント検出系。 - 請求項１から９のいずれかに記載のアライメント検出系を有することを特徴とする露光装置。
- 前記アライメント検出系は、ウェハアライメント検出系またはレチクルアライメント検出系であることを特徴とする請求項１０露光装置。
- 請求項１０または１１記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
前記現像された基板を用いて、デバイスを形成する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008136098A JP2009283795A (ja) | 2008-05-23 | 2008-05-23 | アライメント検出系、露光装置およびデバイス製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008136098A JP2009283795A (ja) | 2008-05-23 | 2008-05-23 | アライメント検出系、露光装置およびデバイス製造方法 |
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| JP2008136098A Pending JP2009283795A (ja) | 2008-05-23 | 2008-05-23 | アライメント検出系、露光装置およびデバイス製造方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011023726A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Asml Netherlands Bv | 物体アライメント測定方法及び装置 |
| CN106680991A (zh) * | 2016-07-26 | 2017-05-17 | 京东方科技集团股份有限公司 | 识别装置及对位设备 |
-
2008
- 2008-05-23 JP JP2008136098A patent/JP2009283795A/ja active Pending
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