JP4862396B2

JP4862396B2 - エッジ位置計測方法及び装置、並びに露光装置

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Publication number: JP4862396B2
Application number: JP2005375090A
Authority: JP
Inventors: 有歩金谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007180171A

Description

本発明は、可動ステージ上の被計測部材のエッジ位置を計測するエッジ位置計測方法及び装置、並びに該エッジ計測装置を備える露光装置に関する。

半導体素子や液晶表示等のデバイスを製造する露光装置は、パターンが形成されたマスク（レチクル）と、ウエハやガラスプレート等の基板（物体）上に既に形成されているパターンとを高精度に位置合わせした状態で、マスクのパターンを基板上に転写する必要があるため、位置合わせ用のマーク（アライメントマーク）の位置を検出するアライメントセンサを備えている。このアライメントセンサとしては、ハロゲンランプ等の波長帯域幅の広い光源を用いてマークを照明しマークの像をＣＣＤ(Charge Coupled Device)等の撮像装置で撮像して得られる画像情報（画素情報）を画像処理して位置計測を行うＦＩＡ(Field Image Alignment)方式のものが多用されている。

ところで、近時においては、露光波長を実質的に短くし、かつ空気中に比べて焦点深度を大きく（広く）するため、液浸法を利用した液浸型露光装置が、注目されるようになってきた。液浸型は、投影光学系の下面とウエハ表面との間を水又は有機溶媒等の液体で局所的に満たした状態で露光する装置である（例えば、特許文献１参照）。このような液浸型露光装置においては、ウエハを移動するステージ上に撥水板が設けられている。撥水板はウエハが挿入配置される円形開口を備えるとともに、その外形は矩形状に形成されている。このような撥水板はウエハが挿入される円形開口や外形の位置を正確に把握し、ウエハの般出入時における接触やステージ移動時における他の部材との衝突がないようにする必要がある。このため、撥水板の円形開口の内周エッジ及び外周エッジを計測する必要がある。この場合、これらを計測するための専用の計測装置を設けても勿論よいが、上述のアライメントセンサを用いて計測できるとすれば、装置構成の複雑化やコストの低減を図ることができ、有利である。

しかしながら、ウエハのマークを計測するアライメントセンサは、一般に高精度、即ち高倍率に設定されており、このセンサを用いて撥水板のエッジを計測する場合には、求められる倍率のオーダーが異なるため、正確にエッジ位置を計測することはできない。例えば、撥水板のエッジ部は１ｍｍ程度に渡るなだらかな形状となる場合があり、該エッジ位置を上述のアライメントセンサで計測した場合には、アライメントセンサの視野内に該エッジ部の全体をおさめることができない場合がある。また、撥水板は一般にその表面の仕上げが粗い場合が多く、上述のアライメントセンサの設定倍率（高倍率）では、撥水板の表面のブラスト痕（研磨による傷等）等により生じるノイズにより正確なエッジ位置を計測することができない場合がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、露光装置等において、アライメントセンサ等の比較的に高倍率に設定されたセンサを用いて、撥水板等のステージ上の被計測部材のエッジ位置を正確に計測できるようにすることを目的とする。

国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

本発明によると、配列形成された複数の画素を有する撮像装置を用いて、可動ステージ上の被計測部材のエッジの位置を計測するエッジ位置計測方法であって、前記被計測部材のエッジを含む領域内の複数箇所において前記撮像装置による撮像を行う撮像工程と、前記撮像工程で撮像された撮像結果のそれぞれについて、前記撮像装置の視野内の少なくとも一部に予め設定された指定領域に対応する画素情報に基づいて、該指定領域を代表する特徴量を算出する特徴量算出工程と、前記特徴量算出工程で算出された前記複数の指定領域のそれぞれについての特徴量に基づいて、前記被計測部材のエッジの位置を算出するエッジ位置算出工程と、を含むエッジ位置計測方法が提供される。

本発明によると、露光装置等において、アライメントセンサ等の比較的に高倍率に設定されたセンサを用いて、撥水板等のステージ上の被計測部材のエッジ位置を正確に計測することができるようになるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、本発明が適用可能な露光装置の全体構成について、図１を参照して概説する。この露光装置は、いわゆる液浸型の露光装置であるとともに、投影光学系ＰＬに対してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴ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の像をウエハＷ上のショット領域に逐次転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。照明光学系ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）等の光源から射出されるレーザ光の断面形状をスキャン方向に直交する方向に伸びるスリット状に整形するとともに、その照度分布を均一化して照明光ＥＬとして射出する。なお、光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源以外に、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、その他の光源を用いることができる。

レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に吸着保持されており、レチクルステージＲＳＴ上の一端にはレチクル用干渉計システムＩＦＲからの測長用のレーザビームが照射される移動鏡ＭＲｒが固定されている。レチクルＲの位置決めは、レチクルステージＲＳＴを光軸ＡＸと垂直なＸＹ平面内で並進移動させるとともに、ＸＹ平面内で微小回転させるレチクル駆動装置（不図示）によって行われる。レチクルステージＲＳＴの上方には、レチクルＲの周辺に複数形成されたレチクルアライメント用のマークを光電検出するＶＲＡ(Video Reticle Alignment)方式のアライメント系ＯＢ１，ＯＢ２が設けられている。アライメント系ＯＢ１，ＯＢ２の検出結果は、レチクルＲを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して所定の精度で位置決めするためなどに使用される。

レンズ等の複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬの下方には、ウエハＷを載置してＸＹ平面に沿って２次元移動するウエハステージＷＳＴが設けられており、ウエハステージＷＳＴは、例えば半導体工場の床面に配置されたフレームキャスタ上に設けられたベース盤ＢＳＰ上に設けられている。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハテーブルＷＴＢが設けられ、ウエハテーブルＷＴＢには、ウエハＷを真空吸着するウエハホルダＷＨが設けられている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での移動座標位置とヨーイングによる微小回転量とは、ウエハ用干渉計システムＩＦＷによって計測される。この干渉計システムＩＦＷは、レーザ光源（不図示）からの測長用のレーザビームをウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢに固定された移動鏡ＭＲｗに照射し、その反射光と所定の参照光とを干渉させてウエハステージＷＳＴの座標位置と微小回転量（ヨーイング量）とを計測する。ウエハテーブルＷＴＢ上には、その外形が矩形状に形成され、そのほぼ中央部にウエハＷの外径よりも僅かに大きい内径の開口（円形開口）ＰＴａが形成された撥水板ＰＴが、不図示のホルダを介して交換可能に設けられている。撥水板ＰＴの表面には、フッ素系の材料等を用いた撥水処理（撥水コート）が施されている。

ベース盤ＢＳＰ上には、ＸＹ平面に沿って２次元移動する計測用ステージＭＳＴも設けられている。計測用ステージＭＳＴは、ウエハステージＷＳＴとほぼ同様な構成を有しており、その位置は干渉計システムＩＦＷによって計測される。計測用ステージＭＳＴ上には、交換可能に計測用テーブルＭＴＢが設けられており、計測用テーブルＭＴＢ上には、ＡＦ機構が備えるＡＦセンサのキャリブレーションやベースライン量の計測等に用いられる基準板が取り付けられている。基準板の表面には、レチクルＲのマークとともにアライメント系ＯＢ１，ＯＢ２で検出可能な基準マーク（フィジューシャルマーク）やその他のマークが形成されている。ＡＦセンサは投影光学系ＰＬの像面に対するウエハＷの表面のずれ量を計測するセンサである。ベースライン量とは、ウエハＷ上に投影されるレチクルのパターン像の基準位置（例えば、パターン像の中心）とアライメントセンサＡＬＧの視野中心との距離を示す量である。また、計測用ステージＭＳＴには、この他に、照度計測センサ、照度ムラ計測センサ、例えば特開２００２−１４００５号公報等に開示されているような空間像計測装置等も設けられている。計測用テーブルＭＴＢのウエハステージＷＳＴ側の側部には、スクラムウェッジ部材ＳＷが磁石等により吸着保持されている。スクラムウェッジ部材ＳＷには、段差部ＢＭＰが形成されており、計測用ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴが近接された際に、ウエハステージＷＳＴ上の撥水板ＰＴの相対する側部がこの段差部ＢＭＰに位置するようになっている。スクラムウェッジ部材ＳＷは、何らかの理由により撥水板ＰＴが衝突した場合に、自らが脱落することにより、計測用ステージＭＳＴ（計測用テーブルＭＴＢ）に損傷を与えないようになっている。

投影光学系ＰＬの側方には、ウエハＷに形成されたウエハマーク（アライメントマーク）の位置情報を計測するための、オフ・アクシス型のアライメントセンサＡＬＧが設けられている。アライメントセンサＡＬＧとしては、この実施形態では、ウエハＷ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に受光された対象マークの像と、不図示の指標（センサ内に設けれらた指標板上の指標マーク）の像とを２次元ＣＣＤ(Charge Coupled Device)等からなる撮像素子（カメラ）で撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ(Field Image Alignment)系のセンサが用いられている。アライメントセンサＡＬＧによる計測結果は、露光装置を全体的に制御する制御装置ＣＮＴに供給されるようになっている。

この露光装置は、液浸型であるため、投影光学系ＰＬの像面側（ウエハＷ側）の先端部近傍には、液浸機構を構成する液体供給ノズル２１と、これと対向するように液体回収ノズル２２とが設けられている。液体供給ノズル２１は、不図示の液体供給装置に供給管を介して接続されており、液体回収ノズル２２には、不図示の液体回収装置に接続された回収管が接続されている。液体としては、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が透過する超純水が用いられる。ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４である。この水の中では、照明光（露光光）ＥＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。制御装置ＣＮＴが、液体供給装置及び液体回収装置を適宜に制御して、液体供給ノズル２１から液体（純水）を供給するとともに、液体回収ノズル２２から液体を回収することにより、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に、一定量の液体Ｌｑが保持される。なお、この液体Ｌｑは常に入れ替わっている。

ところで、上述したウエハステージＷＳＴ上のウエハテーブルＷＴＢに真空吸着保持される撥水板ＰＴ、計測用ステージＭＳＴ上に保持される計測用テーブルＭＴＢ及び該計測用テーブルＭＴＢに磁力吸着保持されるスクラムウェッジ部材ＳＷは、その表面に施された撥水膜の性能の劣化等に伴い交換される。このため、撥水板ＰＴについては、ウエハＷの搬出入を適切に行うためにウエハＷが挿入配置される円形開口ＰＴａの内周のエッジの位置、及びスクラムウェッジ部材ＳＷに衝突することなく適切な位置関係で動作させるために少なくともスクラムウェッジ部材ＳＷと近接される側のエッジの位置を正確に計測する必要がある。また、スクラムウェッジ部材ＳＷの段差部ＢＭＰの側面の位置も同様に正確に計測する必要がある。さらに、ウエハステージＷＳＴや計測用ステージＭＳＴの移動動作の原点をリセットするため、ウエハテーブルＷＴＢや計測用テーブルＭＴＢ上に設けられた基準部材やその他の部材又は部位のエッジ位置を計測する必要がある場合もある。従って、露光装置はこれらのエッジ位置を計測するために、これらのエッジ位置計測に適した倍率に設定されたエッジ位置計測装置を備えるのが望ましいが、露光装置にはウエハＷに形成されたアライメントマークを高精度計測するため、上述したようなアライメントセンサＡＬＧが設けられており、このアライメントセンサＡＬＧを利用して、当該エッジ位置計測ができるとすれば、装置構成の簡略化やコストダウンの観点から好ましい。

しかしながら、アライメントセンサＡＬＧによるアライメントマーク計測では、その要求精度が数ｎｍ程度であり、その視野は１００μｍ〜２００μｍ程度に設定されている。これに対して、上述のエッジ位置計測での要求精度は１０μｍ程度であり、撥水板ＰＴ等のエッジは約１ｍｍ程度の範囲で除々に薄くなるような形状の場合があるとともに、その表面のブラスト加工痕（研磨等による加工痕）は数μｍ〜数十μｍであり、アライメントマークと同程度のサイズである。このため、アライメントセンサＡＬＧを用いたエッジ位置計測での信号強度の変化は、アライメントセンサＡＬＧの視野に収まらないほど緩やかであり、計測の妨げとなる表面加工痕によるノイズが顕著に現れることになり、アライメントセンサＡＬＧの倍率を変更せずに、これをそのまま用いてエッジ位置計測を行うことは、数十μｍ〜数百μｍ程度の計測誤差が生じることがあり、かえって要求精度を満たすことができない場合がある。なお、アライメントセンサＡＬＧに倍率変更機構等を設けることは、アライメントセンサＡＬＧの構成の複雑化及びコストアップを招くので適切でない。

このような事情の下、エッジ位置計測に要求される倍率に対して高倍率に設定されたアライメントセンサＡＬＧを用いて、エッジ位置計測を高精度に行えるようにするため、本実施形態では、（１）アライメントセンサの視野の全体又は一部の領域の信号強度を平均し、即ち、アライメントセンサを二次元画像を得るためのセンサとしてではなく、広い範囲（例えば、□１００μｍ程度)の平均的な光量を計測できる一個の光量センサとして用い、ステージをステップ移動させながら、エッジを含む領域の複数箇所において光量計測を行い、その計測結果を用いてエッジ位置を算出するようにしている。以下、これについて詳細に説明する。なお、以下では、撥水板ＰＴのスクラムウェッジ部材ＳＷ側のエッジ位置計測の場合を代表的に説明することにし、撥水板ＰＴの円形開口ＰＴａの内周エッジ、スクラムウェッジ部材ＳＷの段差部ＢＭＰの側面、基準部材等のエッジについては同様であるので、その説明は省略することにする。

図２（Ａ）〜図２（Ｅ）は撥水板のエッジ及びその近傍部分を、ウエハステージＷＳＴをステップ移動させつつ、アライメントセンサＡＬＧで計測する様子を模式的に表した図である。なお、同図では、撥水板ＰＴのエッジに段差があるように描かれているが、これは当該エッジに凹凸があることを表したもので、実際には同図のような段差があるわけではない。また、同図で撥水板ＰＴ上に太線で表した部分がアライメントセンサＡＬＧの視野内に入っている部分を示している。まず、撥水板ＰＴのエッジよりも内側の予め決められた位置において計測を開始する（図２（Ａ））。撥水板ＰＴの大まかな形状（大きさ）は既知であるから、この既知の情報に基づいてウエハステージＷＳＴの移動を制御して、位置決めし、アライメントセンサＡＬＧによる撮像を行う。次いで、予め決められた所定のピッチ（例えば、１００μｍ）で、該エッジに沿う方向に対してほぼ直交する方向に撥水板ＰＴを移動させて、次の撮像を行い（図２（Ｂ））、以下同様に、該所定のピッチでエッジよりも外側の予め決められた位置まで、ウエハステージＷＳＴを順次ステップ移動させつつ、複数の位置で撮像を行う（図２（Ｃ）〜図２（Ｅ））。

アライメントセンサＡＬＧの出力（ＣＣＤの画素情報）は、制御装置ＣＮＴに送られ、ここで平均化処理が行われる。即ち、図４に示されているように、アライメントセンサＡＬＧの有効視野領域Ｆｅ１内に該有効視野領域よりも小さい所定の平均化領域（指定領域）Ｐｄを予め設定し、この平均化領域Ｐｄに含まれる全ての画素についての画素情報（信号強度データ）の平均値又は積算値（ここでは平均値とする）が算出される。なお、この平均化領域Ｐｄは特に限定はされないが、ここでは正方形に設定されている。この場合のステップ量と平均化処理後の信号強度データとの関係が一例として図３に示されている。なお、ここでは、有効視野領域Ｆｅ１内に設定した指定領域Ｐｄを平均化領域としたが、有効視野Ｆｅ１の全ての領域を平均化領域としても勿論よい。但し、アライメントセンサＡＬＧの視野は一般に長方形であり、視野に対して垂直（縦）方向のエッジを計測する場合と、水平（横）方向のエッジを計測する場合とで、その後に行われる処理（エッジ位置算出処理）等で用いるデータを異ならせる必要があるので（例えば後述するテンプレートマッチング処理に用いるテンプレートを別々に準備する必要がある等）、平均化領域Ｐｄは上述したように正方形であることが好ましい。平均化領域Ｐｄの適切な広さは、誤差要因となる表面の加工痕などのサイズやエッジの状態によって定められる。一例として、加工痕の大きさが数μｍ程度であれば、１００μｍ×１００μｍ程度の領域とすることができる。

なお、本実施形態では、異なる位置で撮像したデータ間で信号強度を比較するので、信号レベルを自動的に調整するような機能は使用しないで撮影をおこなう必要がある。例えば、電気的な増幅率や直流成分を自動的に調節するＡＧＣ(Auto Gain Control)機能は使用せず、増幅率等を一定に保ったままでデータ取得を行う。この際、信号レベルが飽和しないように、適切な増幅率に設定する。また、このエッジ計測における照明は、アライメントセンサＡＬＧがその内部に備える照明装置により上側から照明するものとするが、これ以外の照明方法を採用してもよく、例えば、撥水板ＰＴの下側に照明装置を設けて上側に向かう照明を行うことにより、撥水板ＰＴの端より外側が明部、内部が暗部となるようなデータが得られ、エッジの計測精度の向上を見込むことができる。但し、この場合には別途照明装置を設ける必要があるため、構成の複雑化を防止する観点からは、アライメントセンサＡＬＧが既に備えている照明装置を用いた方が有利である。

上述した平均化領域Ｐｄは、アライメントセンサＡＬＧの視野に対して、計測対象エッジが水平又は垂直な場合であり、撥水板ＰＴやスクラムウェッジ部材ＳＷのエッジを計測する場合の例である。これに対して撥水板ＰＴの円形開口ＰＴａの内周エッジを計測する場合等のように、エッジの方向が計測視野Ｆｅ１に対して斜めに配置される場合には、計測対象エッジの方位（方向）に応じて、平均化領域Ｐｄを回転させるとよい。例えば、エッジの方向が計測視野に対して４５度の方向である場合には、図５に示されているような平均化領域Ｐｄ１を設定するとよい。この場合の平均化領域Ｐｄ１の面積（画素数）は、上述の平均化領域Ｐｄを正方形に設定する場合と同様の理由から、計測対象エッジが計測視野に対して水平又は垂直の場合と同じにすることが好ましい。但し、平均化領域は必ずしもエッジ方向に合わせた形状とする必要はなく、この場合には、形状の差異を考慮したうえでエッジ位置の算出処理を行えばよい。例えば、後に行われるエッジ位置算出処理において用いるテンプレートとして、計測視野に対するエッジ方向(即ち、異なる平均化領域)毎に適切なものを準備し、用いるようにすればよい。

上述した説明では、アライメントセンサＡＬＧの計測視野内で平均化領域を設定するようにしたが、アライメントセンサＡＬＧの視野よりも平均化領域を大きく設定したい場合には、互いに隣接するように複数個所で撮像した撮像結果を合成することで、擬似的に拡大することにより対応することが可能である。例えば、上述の例においては、エッジに直交する方向に沿う複数個所でステップ移動させつつ、複数個所で撮像を行っているが、隣接する複数（例えば、２つ又は３つ）の撮像結果を合成、即ち２画面又は３画面相当を平均化領域として画素情報の平均値を算出するようにするとよい。この場合には、エッジ位置算出に必要なデータ数を確保する観点から、ステップ移動のピッチを小さくとって、撮像枚数を増やすことが好ましい。また、エッジ方向に沿う方向にもステップ移動させてこの方向の複数個所（例えば、３箇所）で撮像を行うことにより、撮像をマトリクス状に行い、エッジ方向に沿う方向の撮像結果（例えば、３画面相当）を合成するようにしてもよい。エッジ方向に沿う方向の撮像結果とエッジ方向に直交する方向の撮像結果（例えば、２×３画面相当）を合成するようにしてもよい。

撮像（信号強度データの取得）は、エッジが存在すると期待される位置を基準として行う。エッジ部分を特定するのに必要な最低限の計測範囲（エッジ方向に直交する方向の計測範囲）は、被計測部材（ここでは、撥水板ＰＴ）の加工方法（加工誤差）、照明条件（照明方法）、ステージ（ここでは、ウエハステージＷＳＴ）の原点復帰誤差や移動誤差、被計測部材の位置ずれ等を考慮して適切な値に設定される。エッジ部分を確実に含むようにするためには、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度に設定するとよい。なお、ステージをステップ移動させながらアライメントセンサＡＬＧによる撮像（光量計測）を繰り返すのであるが、必要な計測範囲が決まっているので、ステップ間隔が小さすぎるとデータ数が多くなり、計測時間が長くなってしまう。一方、ステップ間隔が広すぎると、エッジ位置計測を十分な精度で行うことができない場合がある。本願発明者等による実験によれば、１０μｍの計測再現性を得るためには、１００μｍ程度のステップ間隔でデータを取得すればよいことが判明した。計測に長い時間をかけても問題のない場合には、ステップ間隔を小さくすることにより、計測精度を向上することができる。即ち、このステップ間隔は、計測のスループットと計測精度との兼ね合いで適宜な値に設定される。

次に、計測したデータ（撮像結果）からエッジ位置を算出するエッジ位置算出処理について説明する。まず、テンプレートマッチング法について説明する。テンプレートマッチング法は、事前に被計測部材のエッジ近辺の信号強度分布を計測しておき、これに基づいて、テンプレートを作成する。このテンプレートを計測したデータ（実データ）と比較して、その形状が最も一致する場所を探索し、エッジ位置を特定する方法である。例えば、計測した実データが図６に示されるようなものであり、テンプレートが図７に示されるようなものである場合において、テンプレートと実データでステップ間隔が同じであれば、図８に示されているように、両者のデータを相対的に１ステップずつずらしながら、その類似度を計算し、類似度が最も高い点をエッジ位置として特定する。なお、図８において、丸印（黒丸印及び白丸印）で表した縦の列は実データを表現しており、三角印で表した縦の列はテンプレートを表現しており、実データに対してテンプレートを１ステップずつずらしながら、実データのうち対応する部分（黒丸印で表現）を抽出し、この抽出した部分とテンプレート（三角印）との類似度を算出することを表している。各ステップ位置における類似度の算出の結果の一例が図９に示されており、この場合には、類似度の最も高い位置に係るずらし量（図９中で符号ａで表示）に基づいてエッジ位置が特定される。

ここで、単純に各ステップ位置における類似度が最大となる位置を選ぶだけでは、実データのステップ間隔以上の分解能が得られない。そこで、図１０に示されているように、例えば類似度最大の点を中心にした３点のデータ（図１０中、米印で表示）を抽出し、これらを二次関数やその他の補間関数（同図では二次関数）で補間して、類似度が最大値をとる点（図１０中、黒点で表示）に係るずらし量を求める。類似度が最大となるずらし量が得られたら、必要であればさらに所定の値を加えて、最終的なエッジ位置(正確には、エッジがアライメントセンサＡＬＧの視野中心に一致したとした場合のステージ位置)を求める。テンプレートの基点は一般にエッジの位置とは一致しない(上記の例では、エッジはテンプレートの末尾付近にある)ので、テンプレートマッチングの結果から正しいエッジ位置に直すには、テンプレートの基点とエッジまでの距離（図７において、符号ｂで表示）を加える必要がある。

また、実データのサンプリングの間隔とテンプレートを構成するデータの間隔は一致していなくてもよい。例えば、図１１に示されているように、実データの間隔が密である場合には、テンプレートを構成するデータの間隔を粗にしてもよい。なお、同図において、丸印（黒丸印及び白丸印）及び三角印の意味は、上述の図８の場合と同じである。さらに、テンプレートは、上述の説明では、離散的なデータ群（特定のステップ間隔での点列）として準備したが、このような離散的なデータ群ではなく、所定の近似式を用いて近似した連続関数として準備するようにしてもよい。このような連続関数とすることにより、データのステップ間隔に依存せず、任意のずらし量で類似度を計算することができる。

上述したテンプレートマッチング法に用いられる類似度の算出は、以下のように行う。ここでは、簡単のため、テンプレートを構成するデータの間隔と、実データのサンプリング間隔が同じ場合について説明する。まず、テンプレート（長さＮ）を、Ｘ（ｉ）｛ｉ｜ｉ＝０，…，Ｎ−１｝と表す。また、実データのうち長さＮの部分データをテンプレートと比較するので、これをＹ（ｉ）｛ｉ｜ｉ＝０，…，Ｎ−１｝と表すことにする。実データＹ０と部分データＹの関係は、ずらし量ｊとして次式で表される。

Ｙ（ｉ）＝Ｙ０（ｉ＋ｊ）
実データの長さをＭとすると、ずらし量ｊは｛ｊ｜０＜＝ｊ＜Ｍ−Ｎ｝の値を取る。全ての部分データについてテンプレートとの類似度を計算するので、類似度は長さ（Ｍ−Ｎ＋１）の一次元データＲ（ｊ）｛ｊ｜０＜＝ｊ＜Ｍ−Ｎ｝となる。まず、各々の一次元データを以下の計算式で換算する。

Ｘ’（ｉ）＝（Ｘ（ｉ）−Ｏｘ）／Ｗｘ
Ｙ’（ｉ）＝（Ｙ（ｉ）−Ｏｙ）／Ｗｙ
換算後の値を用いて、次式で類似度を計算する。

ここで、Ｏｘ，Ｏｙ，Ｗｘ，Ｗｙは、特に限定されないが、例えば、
Ｏｘ＝（ΣＸ（ｉ））／Ｎ
Ｏｙ＝（ΣＹ（ｉ））／Ｎ
Ｗｘ＝√（Σ（Ｘ（ｉ）−Ｏｘ）＊（Ｘ（ｉ）−Ｏｘ））
Ｗｙ＝√（Σ（Ｙ（ｉ）−Ｏｙ）＊（Ｙ（ｉ）−Ｏｙ））
とすることができ、この場合には、類似度Ｒはいわゆる相関係数となる。

なお、信号強度データに関して何らかの予備知識が得られれば、これを盛り込むことによってエッジ位置の計測精度を向上できる。例えば、信号強度の最小値を基準にした計算を行うために、
Ｏｘ＝（ＭＡＸ（Ｘ）＋ＭＩＮ（Ｘ））／２
Ｏｙ＝（ＭＡＸ（Ｙ）＋ＭＩＮ（Ｙ０））／２
Ｗｘ＝（ＭＡＸ（Ｘ）−ＭＩＮ（Ｘ））／２／√Ｎ
Ｗｙ＝（ＭＡＸ（Ｙ）−ＭＩＮ（Ｙ０））／２／√Ｎ
とすることができる。テンプレートＸの換算式はずらし量ｊに依存しないので、この計算を毎回行う必要はない。

上述したテンプレートマッチング法以外に、計測したデータ（撮像結果）からエッジ位置を算出するエッジ位置算出処理に用いる手法として、スライス法を用いてもよい。スライス法は、信号強度が特定のレベルになるという条件からエッジ位置を求める手法である。具体的には、信号強度が最大値と最小値に対して一定の割合になる位置をエッジ位置と見なす。図１２は実データの最大値、最小値及びスライスレベルを示したものである。例えば、スライスレベルを３０％とすれば、信号強度が、（［最大値］−［最小値］）＊０．３＋［最小値］となる横方向の位置をエッジ位置（同図において、符号ｃで表示）とすればよい。実データは離散データなので、最も信号強度がスライスレベルに近い点を選ぶだけでは、データ採取時のステップ間隔でしかエッジ位置を求めることができない。このため、例えば、スライスレベルをまたぐ二点のデータ（図中の二重丸印）を選び、この間を直線で補間すればよい。なお、直線補間では十分な精度が得られない場合には、さらに周辺のデータ点も用いて、曲線をあてはめてもよい。

また、上述したテンプレートマッチング法及びスライス法以外に、計測したデータ（撮像結果）からエッジ位置を算出するエッジ位置算出処理に用いる手法として、最大傾斜法を用いてもよい。最大傾斜法は、信号強度の変化率からエッジ位置を求める手法である。図１３はこの場合の実データの一例を、図１４はその微分値の絶対値を示している。図１４における微分値の絶対値が最大となる位置（同図において、符号ｄで表示）をエッジ位置として特定する。なお、上述したテンプレートマッチング法で説明したのと同様に、微分値の最大値の前後数点（例えば、３点）を用いて補間してエッジ位置を求めるようにすれば、より精度を向上することができる。また、必要に応じて計算結果に所定の値を加算するようにしてもよい。

エッジ位置算出処理に用いる手法は、上述したテンプレートマッチング法、スライス法、最大傾斜法に限定されず、他の手法を用いてもよい。また、上述したテンプレートマッチング法とスライス法とを併用してもよい。スライス法では、例えば、図１５に示されるように、データ中にスライスレベルを横切る箇所が複数あった場合、どれが正しいエッジ位置なのかを判断することができず、もし誤った箇所を選択すれば、非常に大きな計測誤差が発生してしまう。そこで、予めテンプレートマッチング法によってエッジが存在すると期待される領域（探索範囲）を絞り込んでおき、その領域でスライスレベルを横切る箇所を探せば、より確実にエッジ位置を検出することができる。図１５では、スライスレベルを横切る箇所が三ヶ所あるが、予めテンプレートマッチング法で決定しておいた探索範囲内に限定してスライス位置を探せば、正しいエッジ位置（同図において、符号ｅで表示）を求めることができる。

同様に、テンプレートマッチング法と最大傾斜法とを併用してもよい。上述した最大傾斜法の例が正しく機能するには、微分値の絶対値が必ず真のエッジ近辺で最大となる、という前提が必要であり、図１６及び図１７に示されているように、もしも微分値の絶対値のピークが複数あって、真のエッジでない方のピークが高くなってしまった場合には、非常に大きな計測誤差が発生してしまう。そこで、予めテンプレートマッチング法によりエッジが存在すると期待される領域（探索範囲）を絞り込んでおき、その領域についてだけ最大傾斜法を適用すれば、より正確にエッジ位置（図１７において、符号ｆで表示）を検出することが可能となる。図１７において、×印で表されているのが、テンプレートマッチング法によりエッジの存在が認められた探索範囲（図１６参照）に対応した領域であり、黒点印で表されているのが、探索範囲外、即ち、エッジの存在が認められない領域である。

なお、アライメントセンサＡＬＧで被計測部材ＰＴ等のエッジを計測する際には、アライメントセンサＡＬＧのフォーカス位置に被計測部材の表面を合わせ込むことになるが、アライメントマークの計測のような正確なフォーカス合わせの必要はない。被計測部材の表面の加工痕の影響を減らすためには、むしろ積極的にデフォーカスさせた状態で計測を行う方が有利であるので、アライメントセンサＡＬＧのオートフォーカス（ＡＦ）機能により、被計測部材の表面をフォーカス位置に合わせた後に、ステージを数十μｍ〜１００μｍ程度下げた状態（アライメントセンサＡＬＧから遠ざけた状態）で計測を行うようにしてもよい。

本実施形態によると、ウエハのマークを計測するために露光装置内に常設されているアライメントセンサを用いて被計測部材のエッジ位置を計測できるようになり、エッジ計測専用のセンサを常設し、又は計測時に取り付ける必要がないので、装置構成の簡略化又は工具の着脱等の作業工数の低減を図ることができる。

なお、本エッジ位置計測による計測対象は、ウエハステージＷＳＴ上の撥水板ＰＴの内周又は外周エッジや計測用ステージＭＳＴ上のスクラムウェッジ部材ＳＷのエッジの位置計測に限定されず、例えば、ステージの衝突防止のために、ウエハステージＷＳＴ又は計測用ステージＭＳＴの外周エッジの位置計測を行う場合、ステージ座標系を復元（原点リセット）するために、ステージ上に設けられた基準部材（フィジューシャルマーク板）のエッジやこのような基準部材が無い場合にステージ上の他の部材又は部位を計測する場合にも適用することができる。また、上述した実施形態では、ウエハのマークを計測するためのアライメントセンサ（ＦＩＡ）を用いる場合について説明したが、他のアライメントセンサ、例えば、レチクルのマークを計測するためのＶＲＡのセンサを用いるようにしてもよい。さらに、上述した実施形態では、指定領域を代表する値として、平均値又は積算値（平均的な信号強度）を用いるものについて説明したが、これら以外の特徴量を使用することもできる。例えば、指定領域内の信号強度の変化率を用いるようにしてもよい。なお、平均値の場合は指定領域内を等方的に扱うことができたが、変化率を用いるような場合には、エッジの存在によって視野内のどちら方向に信号強度変化が現われるかを考慮して特徴量の抽出を行う。視野に対して斜め方向の計測を行うような場合にも、同様の注意が必要である。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上記実施形態においては、液浸型のステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合について説明したが、ステップ・アンド・リピート方式、ミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置等に適用することも可能である。また、半導体素子、液晶表示素子のみならず、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップ等の製造にも用いられる露光装置、並びにレチクル又はマスクを製造するための露光装置にも本発明を適用できる。即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。また、露光装置以外にも可動ステージを備えたあらゆる装置に適用可能である。

本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。本発明の実施形態のエッジ位置計測時のステップ移動を説明するための図である。本発明の実施形態の計測データの一例を示す図である。本発明の実施形態の指定領域の一例を示す図である。本発明の実施形態の指定領域の他の例を示す図である。本発明の実施形態の計測データの他の例を示す図である。本発明の実施形態のテンプレートの一例を示す図である。本発明の実施形態の計測データとテンプレートの関係を示す図である。本発明の実施形態のテンプレートのずらし量と類似度の関係を示す図である。本発明の実施形態の類似度を補間してエッジ位置を求める場合を示す図である。本発明の実施形態の計測データとテンプレートの関係を示す図である。本発明の実施形態のスライス法を説明するための図である。本発明の実施形態の計測データの更に他の例を示す図である。本発明の実施形態の微分値の絶対値とステップ量の関係を示す図である。本発明の実施形態のテンプレートマッチング法とスライス法を組み合わせた場合を説明するための図である。本発明の実施形態の計測データのさらに他の例を示す図である。本発明の実施形態のテンプレートマッチング法と最大傾斜法を組み合わせた場合を説明するための微分値の絶対値とステップ量との関係を示す図である。

符号の説明

ＣＮＴ…制御装置、Ｗ…ウエハ、ＰＴ…撥水板、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＳＷ…スクラムウェッジ部材、ＭＳＴ…計測用ステージ、ＡＬＧ…アライメントセンサ。

Claims

配列形成された複数の画素を有し、可動ステージ上の被計測部材のエッジの位置の計測に要求される倍率に対して高倍率に設定された撮像装置を用いて、該エッジの位置を計測するエッジ位置計測方法であって、
前記被計測部材のエッジを含む領域内の複数箇所において前記撮像装置による撮像を行う撮像工程と、
前記撮像工程で撮像された撮像結果のそれぞれについて、前記撮像装置の視野内の少なくとも一部に予め設定された指定領域に対応する画素情報に基づいて、該指定領域を代表する特徴量を算出する特徴量算出工程と、
前記特徴量算出工程で算出された前記複数の指定領域のそれぞれについての特徴量に基づいて、前記被計測部材のエッジの位置を算出するエッジ位置算出工程と、
を含み、
前記撮像工程では、前記被計測部材のエッジに対して交差する方向に沿って前記可動ステージを移動させつつ、前記撮像を行うことを特徴とするエッジ位置計測方法。
前記撮像工程では、前記被計測部材のエッジに対して交差する方向に沿って前記可動ステージをステップ移動させつつ、前記撮像を行うことを特徴とする請求項１に記載のエッジ位置計測方法。
前記特徴量算出工程では、前記指定領域に対応する画素情報の平均値又は積算値を、前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のエッジ位置計測方法。
前記エッジ位置算出工程では、前記各特徴量に基づいて、テンプレートマッチング法、スライス法、及び最大傾斜法のうちの少なくとも一つを用いて、前記エッジ位置を算出することを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項に記載のエッジ位置計測方法。
前記指定領域は前記被計測部材のエッジに沿うように設定された正方形状の領域であることを特徴とする請求項１〜４のうちの何れか一項に記載のエッジ位置計測方法。
可動ステージ上の被計測部材のエッジの位置を計測するエッジ位置計測装置であって、
配列形成された複数の画素を有し、可動ステージ上の被計測部材のエッジの位置の計測に要求される倍率に対して高倍率に設定された撮像装置と、
前記被計測部材のエッジを含む領域内の複数箇所において前記撮像装置による撮像を行い、該撮像結果のそれぞれについて、前記撮像装置の視野内の少なくとも一部に予め設定された指定領域に対応する画素情報に基づいて、該指定領域を代表する特徴量を算出するとともに、該算出された前記複数の指定領域のそれぞれについての特徴量に基づいて、前記被計測部材のエッジの位置を算出する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記被計測部材のエッジに対して交差する方向に沿って前記可動ステージを移動させつつ、前記撮像を行うよう制御することを特徴とするエッジ位置計測装置。
前記制御装置は、前記被計測部材のエッジに対して交差する方向に沿って前記可動ステージをステップ移動させつつ、前記撮像を行うよう制御することを特徴とする請求項６に記載のエッジ位置計測装置。
前記制御装置は、前記指定領域に対応する画素情報の平均値又は積算値を、前記特徴量として算出することを特徴とする請求項６又は７に記載のエッジ位置計測装置。
前記制御装置は、前記各特徴量に基づいて、テンプレートマッチング法、スライス法、及び最大傾斜法のうちの少なくとも一つを用いて、前記エッジ位置を算出することを特徴とする請求項６〜８のうちの何れか一項に記載のエッジ位置計測装置。
前記指定領域は前記被計測部材のエッジに沿うように設定された正方形状の領域であることを特徴とする請求項６〜９のうちの何れか一項に記載のエッジ位置計測装置。
マスクのパターンを物体上に露光転写する露光装置において、
請求項６〜１０のうちの何れか一項に記載のエッジ位置計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
前記撮像装置として、前記物体上に形成されたマークを計測するアライメントセンサを併用することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
前記露光装置は、前記マスクのパターンを前記物体上に投影する投影光学系と該物体との間に液体を供給しつつ露光する液浸型の露光装置であり、前記可動ステージは前記物体を載置して移動する物体ステージであり、前記被計測部材は該物体ステージ上に設けられる撥水板であることを特徴する請求項１１又は１２に記載の露光装置。
前記撥水板は、前記物体を保持するホルダがその内部に配置される開口を有し、前記物体ステージに交換可能に設けられる請求項１３に記載の露光装置。
前記撥水板はその開口と外形との少なくとも一方のエッジ位置が計測される請求項１４に記載の露光装置。
前記可動ステージは、前記物体を載置して移動する物体ステージとは別に設けられた計測用ステージであり、前記被計測部材は該計測用ステージ上に設けられたスクラムウェッジ部材であることを特徴とする請求項１１〜１５のうちの何れか一項に記載の露光装置。
前記可動ステージは、前記物体を載置して移動する物体ステージ又は該物体ステージとは別に設けられた計測用ステージであり、前記被計測部材は該物体ステージ又は該計測用ステージ上の部材又は部位であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の露光装置。