JP6271920B2 - 計測装置、計測方法、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置、計測方法、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。

近年、ＩＣやＬＳＩなどの半導体デバイスの微細化及び高集積化に伴い、露光装置などのリソグラフィ装置においても高精度化及び高機能化が進んでいる。半導体デバイスの製造に用いるリソグラフィ装置としては、ステッパーやスキャナーと呼ばれる露光装置を用いることが多い。これらの露光装置は、ウエハなどの基板をステップ駆動しながら、マスクやレチクルなどの原版のパターンを基板の複数の箇所（ショット領域）に順次転写する。かかる転写を一括で行う露光装置がステッパーと呼ばれ、基板を走査（スキャン）しながら転写を行う露光装置がスキャナーと呼ばれる。

リソグラフィ装置において、原版と基板とのアライメント精度は、リソグラフィ装置の性能に直接影響する重要な要素である。そのため、原版のパターンと基板に形成されているパターンとをナノメートルのオーダーで位置合わせ（アライメント）する技術が求められている。また、リソグラフィ装置には、生産性の観点から、スループット（単位時間内で処理できる基板の数）の向上も求められている。

このように、リソグラフィ装置においては、高精度なアライメントを実現しながら、スループットを向上させることが求められている。そこで、基板を保持するステージを停止させずに、基板上のアライメントマークをセンサで計測する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、アライメントマークが１方向の位置情報を有する場合に、かかる１方向に垂直な方向にアライメントマークをスキャンしながら、アライメントマーク（の像）をセンサで計測する技術が開示されている。このような技術によれば、アライメントマークの計測に要する時間（処理時間）を短縮できるため、高精度なアライメントを実現しながら、スループットを向上させることが可能となる。

特開平１１−３２９９４３号公報

従来技術は、アライメントマークが１方向のみに位置情報を有する（例えば、アライメントマークの要素が１方向のみに配列されている）場合には有効な技術である。しかしながら、アライメントマークが２方向に位置情報を有する場合には、基板を静止させてからアライメントマークを計測しなければならない。従って、従来技術では、アライメントマークによっては、スループットを向上させることができないことがある。

本発明は、基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する時間の点で有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、第１方向の位置情報を有する第１マークと、前記第１方向とは異なる第２方向の位置情報を有する第２マークとを含む、基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する計測装置であって、前記基板を保持して可動のステージと、前記アライメントマークの像を検出する検出部と、前記ステージの移動と前記検出部による検出とを制御する制御部と、前記検出部により像を検出されたアライメントマークの位置を求める処理部と、を有し、前記制御部は、前記アライメントマークが前記検出部の視野外の第１位置から前記検出部の視野内の第２位置へ移動するように、前記第１方向に前記ステージを移動させながら前記アライメントマークの像を前記検出部に検出させ、かつ前記アライメントマークが前記第２位置から前記検出部の視野外の第３位置へ移動するように、前記第２方向に前記ステージを移動させながら前記アライメントマークの像を前記検出部に検出させ、前記処理部は、前記第１方向に前記ステージを移動させている間に前記検出部により検出された前記第２マークの像から前記第２マークの前記第２方向の位置を求め、前記第２方向に前記ステージを移動させている間に前記検出部により検出された前記第１マークの像から前記第１マークの前記第１方向の位置を求める、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する時間の点で有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 基板に形成されたアライメントマークの一例を示す図である。 基板に形成された複数のアライメントマークの配置の一例を示す図である。 アライメントマークの像を撮像する際の基板ステージの移動パターンと撮像素子での蓄積タイミングとを説明するための図である。 撮像素子によるアライメントマークの像の撮像を説明するための図である。 基板に形成された複数のアライメントマークの配置の一例を示す図である。 撮像素子によって撮像されるアライメントマークの像の一例を示す図である。 アライメントマークの像を撮像する際の基板ステージの移動パターンと撮像素子での蓄積タイミングとを説明するための図である。 計測装置における主制御部と、アライメント処理部と、ステージ処理部との間の指示や情報の流れを説明するための図である。 露光装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、パターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、照明光学系１１０と、レチクル１２０を保持して可動のレチクルステージ（不図示）と、投影光学系１３０と、基板１４０を保持して可動の基板ステージ１５０と、計測装置２００とを有する。また、計測装置２００は、検出部２１０と、アライメント制御部２２０と、ステージ制御部２３０と、主制御部２４０とを含む。なお、主制御部２４０は、計測装置２００の動作を制御するだけではなく、本実施形態では、露光装置１００の動作も制御する。

露光装置１００は、レチクル（原版）１２０と基板１４０をアライメントした後、照明光学系１１０によってレチクル１２０を照明し、投影光学系１３０を介して、レチクル１２０のパターン（としての潜像パターン）を基板１４０に転写する。

基板１４０は、基板１４０を吸着するチャック１５５を介して、Ｘ方向及びＹ方向（第１方向及び第２方向）に移動可能な基板ステージ１５０に保持されている。基板１４０には、基板１４０のアライメントを行うために、複数のアライメントマーク３００が形成されている。アライメントマーク３００は、それぞれ、図２に示すように、Ｘ方向及びＹ方向の２方向の位置情報を有する。換言すれば、アライメントマーク３００は、Ｘ方向の位置情報を有するＸマーク（第１マーク）３１０と、Ｙ方向の位置情報を有するＹマーク（第２マーク）３２０とを含む。Ｘ方向に沿って複数の要素が配列されたＸマーク３１０からＸ方向の位置（位置情報）を求め、Ｙ方向に沿って複数の要素が配列されたＹマーク３２０からＹ方向の位置（位置情報）を求めることができる。ここで、Ｘ方向とＹ方向とは、互いに直交する関係にある。

検出部２１０は、光源２１２と、スコープ２１４と、撮像素子２１６と、撮像制御部２１８とを含む。光源２１２からの光は、ファイバや専用光学系を介して、ハーフミラーＭや各種の光学部材を含むスコープ２１４に導かれ、アライメントマーク３００を照明する。アライメントマーク３００で反射された光は、スコープ２１４を介して、撮像素子２１６に投影される。このように、スコープ２１４は、位置計測対象となるアライメントマーク（計測対象のアライメントマーク）３００の像を撮像素子２１６の撮像面に形成する。

撮像素子２１６で撮像された基板上のアライメントマーク３００の像は、光電変換される。この際、撮像素子２１６においてアライメントマーク３００で反射された光を蓄積する時間は、主制御部２４０からアライメント制御部２２０のアライメント処理部２２２に伝えられ、撮像制御部２１８によって制御される。また、撮像素子２１６においてアライメントマーク３００で反射された光を蓄積するタイミングは、ステージ制御部２３０のステージ処理部２３２からアライメント処理部２２２に伝えられ、撮像制御部２１８に指示される。

撮像素子２１６で光電変換された信号は、撮像制御部２１８でＡ／Ｄ変換され、デジタル信号としてアライメント制御部２２０のメモリ２２４に記憶される。本実施形態では、アライメントマーク３００の位置計測精度を高くするために、同一のアライメントマーク３００の像を複数回撮像する。メモリ２２４は、複数のデジタル信号を記憶することが可能なように構成されている。本実施形態では、メモリ２２４は、Ｘ方向のみの位置を求めることが可能なアライメントマークの像に対応するデジタル信号を記憶する。また、メモリ２２４は、Ｙ方向のみの位置を求めることが可能なアライメントマークの像に対応するデジタル信号も記憶する。更に、メモリ２２４は、Ｘ方向及びＹ方向の２方向の位置を求めることが可能なアライメントマークの像に対応するデジタル信号も記憶する。

アライメント処理部２２２は、メモリ２２４に記憶されたデジタル信号に基づいて、アライメントマーク３００の位置（中心位置）を求める。例えば、アライメント処理部２２２は、Ｘ方向やＹ方向ごとに分けてメモリ２２４に記憶されたデジタル信号から、アライメントマーク３００（Ｘマーク３１０）のＸ方向の位置及びアライメントマーク３００（Ｙマーク３２０）のＹ方向の位置を求める。そして、アライメント処理部２２２は、このようにして求めたアライメントマーク３００の位置を方向ごとに統計処理し、その結果を主制御部２４０に伝える。

上述したように、基板１４０には、複数のアライメントマーク３００が形成され、例えば、図３に示すように、４つのアライメントマーク３００ａ乃至３００ｄが形成されている。また、図３において、Ｓ１乃至Ｓ４は、アライメントマーク３００ａ乃至３００ｄのそれぞれが形成された基板１４０のショット領域を示している。図３を参照するに、基板ステージ１５０をステップ移動させながら、４つのアライメントマーク３００ａ乃至３００ｄの位置を順に計測する。例えば、アライメントマーク３００ａからアライメントマーク３００ｂの順で、その位置を計測する場合を考える。この場合、基板ステージ１５０を加速及び減速させ、基板ステージ１５０が最短時間で目標位置（マーク位置）に移動するように、ステージ処理部２３２によって基板ステージ１５０の移動を制御する。基板ステージ１５０の目標位置への移動は、主制御部２４０からステージ処理部２３２に目標位置が指示され、ステージ処理部２３２がモータ２３４を駆動して干渉計２３６を参照しながらサーボをかけることで行われる。

次に、アライメントマーク３００ａ乃至３００ｄの像を撮像（検出）する際の基板ステージ１５０の移動パターンと撮像素子２１６での蓄積タイミングについて説明する。具体的には、図４（ａ）乃至図４（ｅ）を参照して、基板ステージ１５０をショット領域Ｓ２からショット領域Ｓ３にステップ移動させて、ショット領域Ｓ３に形成されたアライメントマーク３００ｃの像を撮像する場合を説明する。ここでは、アライメントマーク３００ｃの像を、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれで、４回撮像するものとする。

図４（ａ）は、基板ステージ１５０のＹ方向への移動速度を時系列的に示す図である。図４（ａ）では、縦軸に基板ステージ１５０のＹ方向への移動速度Ｖｙを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。このときの基板ステージ１５０のＹ方向への移動における目標位置までの残差を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）では、縦軸に残差ｄＰｙを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。また、図４（ｃ）は、基板ステージ１５０のＸ方向への移動速度を時系列的に示す図である。図４（ｃ）では、縦軸に基板ステージ１５０のＸ方向への移動速度Ｖｘを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。このときの基板ステージ１５０のＸ方向への移動における目標位置までの残差を図４（ｄ）に示す。図４（ｄ）では、縦軸に残差ｄＰｘを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。図４（ｅ）は、撮像素子２１６によるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積期間（ｃｈａｒｇｅ Ｔｅｒｍ）と、メモリ２２４に記憶されたデジタル信号からアライメントマーク３００ｃの位置を求める期間（Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｒｍ）を示す図である。

基板ステージ１５０がショット領域Ｓ２からショット領域Ｓ３まで移動する際のＸ方向の移動距離とＹ方向の移動距離とを比較すると、Ｘ方向の移動距離の方が短い。従って、基板ステージ１５０は、Ｙ方向における目標位置よりもＸ方向における目標位置に先に到達することができる。そこで、アライメントマーク３００ｃがスコープ２１４の視野の内に入るまでに、基板ステージ１５０をＸ方向における目標位置に移動させておく。これにより、アライメントマーク３００ｃ（ショット領域Ｓ３）に対して、基板ステージ１５０がＹ方向に平行に移動しながらスコープ２１４の視野ＡＲに入ってくる。

基板ステージ１５０のＹ方向の位置がスコープ２１４の視野ＡＲ（±ａｒｅａｙ）に到達すると、基板ステージ１５０のｘ方向の位置がアライメントマーク３００ｃを高精度に検出可能となるトレランス（±ｔｏｌｘ）の範囲内にあることを確認する。そして、基板ステージ１５０のｘ方向の位置がアライメントマーク３００ｃを高精度に検出可能となるトレランス（±ｔｏｌｘ）の範囲内にあれば、撮像素子２１６によるアライメントマーク３００ｃの像の撮像（第１蓄積）を開始する。

第１蓄積期間では、基板ステージ１５０がＹ方向のみに移動している状態でアライメントマーク３００ｃの像が撮像素子２１６に蓄積される。従って、図５（ａ）に示すように、アライメントマーク３００ｃにおいては、Ｙマーク３２０ｃはその形状が流れてしまうのに対して、Ｘマーク３１０ｃはその形状を維持した状態で撮像することができる。第１蓄積は、基板ステージ１５０がＹ方向における目標位置に到達してアライメントマーク３００ｃを高精度に検出可能となるトレランス（±ｔｏｌｙ）の範囲に静止するまで継続する。

本実施形態では、スコープ２１４の視野ＡＲ（±ａｒｅａｙ）や基板ステージ１５０のＹ方向への移動速度から求めた時間と主制御部２４０から予め指定された撮像素子２１６での蓄積時間との関係から蓄積回数（撮像回数）を求めている。具体的には、第１蓄積期間では、撮像素子２１６によりアライメントマーク３００ｃの像を２回撮像している（ｃｔ１、ｃｔ２）。但し、撮像素子２１６によるアライメントマーク３００ｃの像の撮像回数は、予め指定してもよい。また、ステージ処理部２３２から基板ステージ１５０のＹ方向の位置がトレランス（±ｔｏｌｙ）の範囲内に入ったことが通知されるまで、アライメントマーク３００ｃの像を繰り返し撮像してもよい。

蓄積期間ｃｔ１で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像はメモリ２２４に記憶される。そして、アライメント処理部２２２によって、蓄積期間ｃｔ１で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像におけるＸマーク３１０ｃの像からＸマーク３１０ｃのＸ方向の位置を求める（ｐｔ１）。同様に、蓄積期間ｃｔ２で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像はメモリ２２４に記憶される。そして、アライメント処理部２２２によって、蓄積期間ｃｔ２で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像におけるＸマーク３１０ｃの像からＸマーク３１０ｃのＸ方向の位置を求める（ｐｔ２）。

次に、基板ステージ１５０のＹ方向の位置がトレランス（±ｔｏｌｙ）の範囲に静止すると、第２蓄積を開始する。第２蓄積期間では、基板ステージ１５０が静止した状態（即ち、Ｘ方向及びＹ方向に移動していない状態）でアライメントマーク３００ｃの像が撮像素子２１６に蓄積される。従って、図５（ｂ）に示すように、アライメントマーク３００ｃのＸマーク３１０ｃ及びＹマーク３２０ｃを、その形状を維持した状態で撮像することができる。第２蓄積期間での蓄積回数（撮像素子２１６によるアライメントマーク３００ｃの像の撮像回数）は、第３蓄積期間での蓄積回数を考慮して決定する。

第３蓄積期間は、基板ステージ１５０がＸ方向に平行に移動する期間であって、基板ステージ１５０がＸ方向のみに移動している状態でアライメントマーク３００ｃの像が撮像素子２１６に蓄積される。従って、図５（ｃ）に示すように、アライメントマーク３００ｃにおいては、Ｘマーク３１０ｃはその形状が流れてしまうのに対して、Ｙマーク３２０ｃはその形状を維持した状態で撮像することができる。第３蓄積の終了のタイミングは、基板ステージ１５０のＸ方向の位置がスコープ２１４の視野ＡＲ（±ａｒｅａｘ）の外側（視野外）に出た時点となる。

第３蓄積期間での蓄積回数は、スコープ２１４の視野ＡＲ（±ａｒｅａｘ）や基板ステージ１５０のＸ方向への移動速度から求めた時間と主制御部２４０から予め指定された撮像素子２１６での蓄積時間との関係から求めることができる。具体的には、第３蓄積期間では、撮像素子２１６によりアライメントマーク３００ｃの像を２回撮像している（ｃｔ５、ｃｔ６）。本実施形態では、アライメントマーク３００ｃの像を、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれで、４回撮像する必要があるため、第２蓄積期間では、撮像素子２１６によりアライメントマーク３００ｃの像を２回撮像する（ｃｔ３、ｃｔ４）。

蓄積期間ｃｔ３で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像はメモリ２２４に記憶される。そして、アライメント処理部２２２によって、蓄積期間ｃｔ３で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像からＸマーク３１０ｃのＸ方向の位置及びＹマーク３２０ｃのＹ方向の位置を求める（ｐｔ３）。同様に、蓄積期間ｃｔ４で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像はメモリ２２４に記憶される。そして、アライメント処理部２２２によって、蓄積期間ｃｔ４で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像からＸマーク３１０ｃのＸ方向の位置及びＹマーク３２０ｃのＹ方向の位置を求める（ｐｔ４）。

また、蓄積期間ｃｔ５で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像はメモリ２２４に記憶される。そして、アライメント処理部２２２によって、蓄積期間ｃｔ５で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像におけるＹマーク３２０ｃの像からＹマーク３２０ｃのＹ方向の位置を求める（ｐｔ５）。同様に、蓄積期間ｃｔ６で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像はメモリ２２４に記憶される。そして、アライメント処理部２２２によって、蓄積期間ｃｔ６で撮像されたアライメントマーク３００ｃの像におけるＹマーク３２０ｃの像からＹマーク３２０ｃのＹ方向の位置を求める（ｐｔ６）。

このような処理を全てのアライメントマーク３００ａ乃至３００ｄに対して行うことで、アライメントマーク３００ａ乃至３００ｄのそれぞれの位置（中心位置情報）を求めることができる。そして、アライメントマーク３００ａ乃至３００ｄのそれぞれの中心位置情報を用いてグローバルアライメントが行われ、グローバルアライメントで求めた基板１４０の各ショット領域の位置に基づいて、レチクル１２０のパターンを基板１４０に転写する。

ここで、アライメントマーク間の基板ステージ１５０の移動経路の決定方法について説明する。基板ステージ１５０の移動経路は、基板ステージ１５０の移動方向及びアライメントマーク３００の位置に基づいて、アライメントマーク３００を撮像素子２１６により撮像するために要する基板ステージ１５０の移動時間が最短となるように決定する。

図３を参照するに、例えば、基板ステージ１５０の移動開始点がＳＴ１である場合、基板ステージ１５０のＹ方向への移動時間が最短となるように基板ステージ１５０を移動させる必要がある。そこで、アライメントマーク３００ａについては、基板ステージ１５０をＹ方向に移動させながらアライメントマーク３００ａがスコープ２１４の視野ＡＲに入るようにする。また、アライメントマーク３００ａから次のアライメントマークを計測するための移動（ステップ移動）を開始するときは、基板ステージ１５０をＸ方向に移動させる。

アライメントマーク３００ａの次に位置計測対象となるアライメントマークの候補として、アライメントマーク３００ｂとアライメントマーク３００ｄとが考えられる。アライメントマーク３００ａの位置からはＹ方向に対して垂直な方向（Ｘ方向）に基板ステージ１５０の移動を開始する。従って、次に位置計測対象となるアライメントマークには、アライメントマーク間の基板ステージ１５０の移動時間を最短とするために、アライメントマーク３００ｂを選択する。これは、アライメントマーク３００ａからアライメントマーク３００ｂまでのＸ方向の距離は、アライメントマーク３００ａからアライメントマーク３００ｄまでのＸ方向の距離よりも長いからである。アライメントマーク３００ｂについては、基板ステージ１５０をＸ方向に移動させながらアライメントマーク３００ｂがスコープ２１４の視野ＡＲに入るようにする。

これ以降も同様の方法で基板ステージ１５０の移動経路を決定する。本実施形態では、最終的な基板ステージ１５０の移動経路は、アライメントマーク３００ａ、アライメントマーク３００ｂ、アライメントマーク３００ｃ、アライメントマーク３００ｄの順で移動する経路となる。

また、図６に示すように、例えば、基板ステージ１５０の移動開始点がＳＴ２である場合を考えると、基板ステージ１５０のＸ方向への移動時間が最短となるように基板ステージ１５０を移動させる必要がある。そこで、アライメントマーク３００ｅについては、基板ステージ１５０をＸ方向に移動させながらアライメントマーク３００ｅがスコープ２１４の視野ＡＲに入るようにする。また、アライメントマーク３００ｅから次のアライメントマークを計測するための移動（ステップ移動）を開始するときは、基板ステージ１５０をＹ方向に移動させる。

図６では、アライメントマーク３００ｅの次に位置計測対象となるアライメントマークとして、アライメントマーク３００ｆを選択する。これは、アライメントマーク３００ｅからアライメントマーク３００ｆまでのＹ方向の距離は、アライメントマーク３００ｅからアライメントマーク３００ｉまでのＹ方向の距離よりも長いからである。

また、アライメントマーク３００ｆの次に位置計測対象となるアライメントマークの候補として、アライメントマーク３００ｇとアライメントマーク３００ｈとが考えられる。アライメントマーク３００ｆとアライメントマーク３００ｈとは、４５度の位置関係にある。この場合、基板ステージ１５０をＸ方向及びＹ方向の両方に最高速度で移動させることが可能であるため、基板ステージ１５０を４５度方向に移動させれば、アライメントマーク間の基板ステージ１５０の移動時間を最短にすることができる。但し、本実施形態では、アライメントマーク３００ｆの次に位置計測対象となるアライメントマークについては、基板ステージ１５０をＸ方向に移動させながらかかるアライメントマークがスコープ２１４の視野ＡＲに入るようにする必要がある。従って、また、アライメントマーク３００ｆの次に位置計測対象となるアライメントマークとして、アライメントマーク３００ｇを選択する。

これ以降も同様の方法で基板ステージ１５０の移動経路を決定する。本実施形態では、最終的な基板ステージ１５０の移動経路は、アライメントマーク３００ｅ、アライメントマーク３００ｆ、アライメントマーク３００ｇ、アライメントマーク３００ｉの順で移動する経路となる。

このように、基板ステージ１５０の移動方向やアライメントマーク３００の位置関係（レイアウト）に基づいて、アライメントマーク間の基板ステージ１５０の移動時間が最短となるように、基板ステージ１５０の移動経路を決定（生成）する。

計測装置２００では、位置計測対象となるアライメントマーク３００の一部がスコープ２１４の視野ＡＲに入った後、基板ステージ１５０を第１方向（例えば、Ｘ方向）に移動させながら撮像素子２１６によりアライメントマークの像を撮像する。次いで、基板ステージ１５０を第１方向とは異なる第２方向（例えば、Ｙ方向）に移動させながら撮像素子２１６によりアライメントマークの像を撮像する。そして、基板ステージ１５０を第１方向に移動させている間に撮像されたアライメントマークの像における第２マーク（Ｙマーク）の像からＹマークのＹ方向の位置を求める。同様に、基板ステージ１５０を第２方向に移動させている間に撮像されたアライメントマークの像における第１マーク（Ｘマーク）の像からＸマークのＸ方向の位置を求める。これにより、計測装置２００は、アライメントマークが２方向に位置情報を有する場合であっても、基板ステージ１５０を静止させてアライメントマークの像を撮像する時間を短縮しながら、アライメントマークの位置を計測することができる。

また、計測装置２００では、位置計測対象となるアライメントマークがスコープ２１４の視野の外の位置（第１位置）からスコープ２１４の視野の内の位置（第２位置）に到達するまで、基板ステージ１５０を第１方向（例えば、Ｘ方向）に移動させるとよい。なお、位置計測対象となるアライメントマークがスコープ２１４の視野の外の位置からスコープ２１４の視野の内の位置に到達するまで、基板ステージ１５０を第１方向に連続的に移動させると更によい。そして、その移動において、アライメントマークがスコープ２１４の視野の内で第１方向に移動しているときにアライメントマークの像を撮像することで、アライメントマークの像の撮像に要する時間を効果的に短縮することができる。但し、アライメントマークがスコープ２１４の視野の外の位置に到達するまでの期間は、基板ステージ１５０を第１方向及び第２方向に並行して移動させる期間を含んでいてもよい。換言すれば、基板ステージ１５０をアライメントマーク間でステップ移動させるときには、基板ステージ１５０を斜め方向に移動させてもよい。

また、上述したように、基板ステージの移動時間が最短となるように、アライメントマーク間の基板ステージ１５０の移動経路を決定することで、アライメントマーク間の移動に要する時間を短縮することができる。

これまでは、アライメントマーク３００の計測方向に対する基板ステージ１５０のずれがない、或いは、少ないという前提で説明した。但し、基板ステージ１５０を移動させながら撮像素子２１６によりアライメントマーク３００の像を撮像する際に、ジッタなどの信号のタイミング揺らぎの影響によって、アライメントマーク３００の計測方向に対して基板ステージ１５０が振動する場合がある。この場合、撮像素子２１６によって撮像されるアライメントマーク３００の像は、図７に示すようになる。図７に示すようなアライメントマーク３００の像における第１マーク３１０の像から第１マーク３１０のＸ方向の位置を求めると、その精度が低下してしまう。

このような場合には、基板ステージ１５０を移動させている間（第１蓄積期間）に撮像すべきアライメントマーク３００の像を、基板ステージ１５０を静止させている間（第２蓄積期間）に撮像すればよい。図８を参照して、アライメントマーク３００の像を撮像する際の基板ステージ１５０の移動パターンと撮像素子２１６での蓄積タイミングについて具体的に説明する。

図８（ａ）は、基板ステージ１５０のＹ方向への移動速度を時系列的に示す図である。図８（ａ）では、縦軸に基板ステージ１５０のＹ方向への移動速度Ｖｙを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。このときの基板ステージ１５０のＹ方向への移動における目標位置までの残差を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）では、縦軸に残差ｄＰｙを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。また、図８（ｃ）は、基板ステージ１５０のＸ方向への移動速度を時系列的に示す図である。図８（ｃ）では、縦軸に基板ステージ１５０のＸ方向への移動速度Ｖｘを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。このときの基板ステージ１５０のＸ方向への移動における目標位置までの残差を図８（ｄ）に示す。図８（ｄ）では、縦軸に残差ｄＰｘを採用し、横軸に時間Ｔを採用している。図８（ｅ）は、撮像素子２１６によるアライメントマーク３００の像の蓄積期間（ｃｈａｒｇｅ Ｔｅｒｍ）と、メモリ２２４に記憶されたデジタル信号からアライメントマーク３００の位置を求める期間（Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｒｍ）を示す図である。

例えば、第１蓄積期間において基板ステージ１５０が外乱を受けて、基板ステージ１５０のＸ方向への移動における目標位置までの残差Ｐｄｘが、図８（ｃ）に示すように（ＮＯＩＳＥ）、大きく揺らいだとする。ステージ処理部２３２は、レトランス（±ｔｏｌｘ）を超える残差Ｐｄｘが生じたことをアライメント処理部２２２に通知する。かかる通知を受けたアライメント処理部２２２は、第１蓄積期間（ｃｔ１’、ｃｔ２’）で撮像されたアライメントマーク３００の像における第１マーク３１０の像から第１マーク３１０のＸ方向の位置を求めると、その精度が低下する可能性があると判定する。そして、アライメント処理部２２２は、蓄積期間ｃｔ１’及びｃｔ２’で撮像されたアライメントマーク３００の像を無効とし、第２蓄積期間での蓄積回数（撮像素子２１６によるアライメントマーク３００の像の撮像回数）を増やす。具体的には、第２蓄積期間として、蓄積期間ｃｔ３’、ｃｔ４’、ｃｔ５’及びｃｔ６’のそれぞれでアライメントマーク３００の像を撮像する。蓄積期間ｃｔ３’乃至ｃｔ６’のそれぞれで撮像されたアライメントマーク３００の像はメモリ２２４に記憶される。そして、蓄積期間ｃｔ３’乃至ｃｔ６’のそれぞれで撮像されたアライメントマーク３００ｃの像から第１マーク３１０ｃのＸ方向の位置及び第２マーク３２０ｃのＹ方向の位置を求める（ｐｔ３’、ｐｔ４’、ｐｔ５’及びｐｔ６’）。なお、基板ステージ１５０は、蓄積期間ｃｔ６’が終了するまで、トレランス（±ｔｏｌｘ、±ｔｏｌｙ）の範囲内に収まる状態にしておく。

このように、基板ステージ１５０を第１方向（例えば、Ｘ方向）に移動させている間に撮像されたアライメントマークの像が正常であるか（即ち、許容条件を満たすか）否かを判定する。そして、かかるアライメントマークの像が正常でない場合には、基板ステージ１５０を第１方向に移動させている間に撮像すべきアライメントマークの像を、基板ステージ１５０を静止させている間に撮像する。換言すれば、アライメントマークの計測方向に対して基板ステージ１５０が振動している場合には、基板ステージ１５０の目標位置までの残差などを検知して、基板ステージ１５０を静止させている間にアライメントマークの像を撮像しなおす。これにより、アライメントマークの位置を計測するのに要する時間を抑えながら、アライメントマークの位置の計測精度を維持することができる。

ここで、図９を参照して、計測装置２００における主制御部２４０と、アライメント処理部２２２と、ステージ処理部２３２との間の指示（ＣＯＭＭＡＮＤ）や信号（ＳＩＧＮＡＬ）の流れを説明する。具体的には、基板ステージ１５０をショット領域Ｓ２からショット領域Ｓ３にステップ移動させて、ショット領域Ｓ３に形成されたアライメントマーク３００ｃの像を撮像する場合（図３参照）を説明する。

主制御部２４０は、ステージ処理部２３２に対して、ショット領域Ｓ３に形成されたアライメントマーク３００ｃのマーク座標を送り、アライメントマーク３００ｃがスコープ２１４の視野ＡＲに入るように基板ステージ１５０の移動を指示する（ＨＰＳ００１）。主制御部２４０は、アライメント処理部２２２がステージ処理部２３２から蓄積許可信号を受信したら、アライメント処理部２２２に対して、アライメントマークの像の撮像及びアライメントマークの位置の算出を指示する（ＨＰＳ００２）。アライメントマークの像の撮像の指示については、上述したように、アライメントマーク像を、第１蓄積期間、第２蓄積期間及び第３蓄積期間に分けて蓄積するように指示する。次いで、主制御部２４０は、第３蓄積期間におけるアライメントマークの像の蓄積が開始されたかどうかを判定する（ＨＰＳ００３）。そして、第３蓄積期間におけるアライメントマークの像の蓄積が開始されるまで待機する。

一方、ステージ処理部２３２は、主制御部２４０からの指示を受けて、基板ステージ１５０の移動を開始する（ＳＰＳ００１）。そして、ステージ処理部２３２は、基板ステージ１５０のＹ方向の位置がスコープ２１４の視野内に入ったかどうかを判定する（ＳＰＳ００２）。基板ステージ１５０のＹ方向の位置がスコープ２１４の視野内に入ったら、ステージ処理部２３２は、基板ステージ１５０のＸ方向の位置がアライメントマークを高精度に検出可能となるトレランス内に入ったかどうかを判定する（ＳＰＳ００３）。次いで、基板ステージ１５０のＸ方向の位置がトレランス内に入ったら、ステージ処理部２３２は、アライメント処理部２２２に対して、第１蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積を許可する蓄積許可信号を送信する（ＳＰＳ００４）。そして、ステージ処理部２３２は、アライメント処理部２２２から蓄積終了信号を受信したかどうかを判定し（ＳＰＳ００５）、かかる蓄積終了信号を受信するまで待機する。

アライメント処理部２２２は、ステージ処理部２３２から、第１蓄積期間における蓄積許可信号を受信したかどうかを判定する（ＡＰＳ００１）。第１蓄積期間における蓄積許可信号を受信したら、アライメント処理部２２２は、撮像制御部２１８に第１蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積を指示する（ＡＰＳ００２）。これにより、撮像素子２１６が第１蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積を開始する。所定の蓄積時間及び蓄積回数でのアライメントマーク３００ｃの像の蓄積が終了したら、アライメント処理部２２２は、ステージ処理部２３２に対して、蓄積終了信号を送信する（ＡＰＳ００３）。かかる蓄積終了信号は、第１蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積が終了したことを表す信号である。また、第１蓄積期間では、基板ステージ１５０がＹ方向のみに移動しているため、Ｘマーク３１０の位置（中心位置）を求めることが可能なアライメントマーク３００ｃの像を取得することができる。

アライメント処理部２２２から蓄積終了信号を受信すると、ステージ処理部２３２は、基板ステージ１５０のＹ方向の位置がアライメントマークを高精度に検出可能となるトレランス内に入ったかどうかを判定する（ＳＰＳ００６）。基板ステージ１５０のＹ方向の位置がトレランス内に入ったら、ステージ処理部２３２は、アライメント処理部２２２に対して、第２蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積を許可する蓄積許可信号を送信する（ＳＰＳ００７）。そして、ステージ処理部２３２は、アライメント処理部２２２から蓄積開始信号を受信したかどうかを判定し（ＳＰＳ００８）、かかる蓄積終了信号を受信するまで待機する。

アライメント処理部２２２は、ステージ処理部２３２から、第２蓄積期間における蓄積許可信号を受信したかどうかを判定する（ＡＰＳ００４）。第２蓄積期間における蓄積許可信号を受信したら、アライメント処理部２２２は、撮像制御部２１８に第２蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積を指示する（ＡＰＳ００５）。これにより、撮像素子２１６が第２蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積を開始する。所定の蓄積時間及び蓄積回数でのアライメントマーク３００ｃの像の蓄積が終了したら、アライメント処理部２２２は、撮像制御部２１８に第３蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積を指示する（ＡＰＳ００６）。また、アライメント処理部２２２は、ステージ処理部２３２及び主制御部２４０に対して、第３蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積が開始されたことを表す蓄積開始信号を送信する（ＡＰＳ００７）。

アライメント処理部２２２から蓄積開始信号を受信すると、ステージ処理部２３２は、主制御部２４０から、基板ステージ１５０の移動が指示されているかどうかを判定し（ＳＰＳ００９）、基板ステージ１５０の移動が指示されるまで待機する。一方、主制御部２４０は、アライメント処理部２２２から蓄積開始信号を受信すると、次に位置計測対象となるアライメントマーク３００ｄがスコープ２１４の視野ＡＲに入るように基板ステージ１５０の移動を指示する（ＨＰＳ００４）。

ステージ処理部２３２は、主制御部２４０からの指示を受けて、第３蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積時間を考慮して、所定の時間が経過したかどうかを判定する（ＳＰＳ０１０）。これは、第３蓄積期間におけるアライメントマーク３００ｃの像の蓄積が終了するまで、アライメントマーク３００ｃがスコープ２１４の視野内に入っているようにするためである。所定の時間が経過したら、ステージ処理部２３２は、基板ステージ１５０の移動を開始する（ＳＰＳ０１１）。この際、基板ステージ１５０は、Ｙ方向の位置を求めることが可能なアライメントマークの像を撮像するために、スコープ２１４の視野内ではＸ方向のみに移動させる。

また、アライメント処理部２２２は、ＡＰＳ００３乃至ＡＰＳ００５の処理と並行して、第１蓄積期間で蓄積されたアライメントマーク３００ｃの像からＸマーク３１０ｃのＸ方向の位置を求める（ＡＰＳ００８）。第１蓄積期間で蓄積されたアライメントマーク３００ｃの像は、図５（ａ）に示したように、Ｘマーク３１０ｃの像の形状が維持されているため、Ｘマーク３１０ｃのＸ方向の位置を求めることが可能である。

同様に、アライメント処理部２２２は、ＡＰＳ００６乃至ＡＰＳ００７の処理と並行して、第２蓄積期間で蓄積されたアライメントマーク３００ｃの像からＸマーク３１０ｃのＸ方向の位置及びＹマーク３２０ｃのＹ方向の位置を求める（ＡＰＳ００９）。第２蓄積期間で蓄積されたアライメントマーク３００ｃの像は、図５（ｂ）に示したように、Ｘマーク３１０ｃ及びＹマーク３２０ｃのそれぞれの像の形状が維持されている。従って、Ｘマーク３１０ｃのＸ方向の位置及びＹマーク３２０のＹ方向の位置を求めることが可能である。

更に、アライメント処理部２２２は、第３蓄積期間でのアライメントマーク３００ｃの像の蓄積が終了したら、かかるアライメントマーク３００ｃの像からＹマーク３２０ｃのＹ方向の位置を求める（ＡＰＳ０１０）。第３蓄積期間で蓄積されたアライメントマーク３００ｃの像は、図５（ｃ）に示したように、Ｙマーク３２０ｃの像の形状が維持されているため、Ｙマーク３２０ｃのＹ方向の位置を求めることが可能である。

アライメント処理部２２２は、ＡＰＳ００８乃至ＡＳＰ０１０で求めたＸマーク３１０ｃ及びＹマーク３２０ｃの位置を統計処理し、アライメントマーク３００ｃの位置を求める（ＡＰＳ０１１）。また、アライメント処理部２２２は、アライメントマーク３００ｃの位置を主制御部２４０に送信し、主制御部２４０は、アライメント処理部２２２から受信したアライメントマーク３００ｃの位置を記憶する（ＨＰＳ００５）。

以下、図１０を参照して、露光装置１００の動作について説明する。Ｓ００１では、露光装置１００に基板１４０を搬入する。露光装置１００に搬入された基板１４０は、基板ステージ１５０に保持される。

Ｓ００２では、基板ステージ１５０に保持された基板１４０に対して、プリアライメントを行う。プリアライメントでは、計測装置２００によって、基板１４０に形成された複数のアライメントマークのうちの２つのアライメントマークを低倍率で計測し、基板１４０のシフト、倍率及びローテーションなどを求める。プリアライメントは、グローバルアライメントを行うために必要なアライメントである。

Ｓ００３では、プリアライメントが行われた基板１４０に対して、グローバルアライメントを行う。グローバルアライメントでは、計測装置２００によって、基板１４０に形成された複数のアライメントマークを高倍率で計測し、かかるアライメントマークの位置を統計処理して基板１４０の各ショット領域の位置を高精度に求める。

Ｓ００４では、グローバルアライメントで求めた基板１４０の各ショット領域の位置に基づいて、基板１４０（の各ショット領域）の露光を行う。具体的には、計測装置２００の計測結果に基づいて、基板１４０を保持する基板ステージ１５０の位置を制御しながら、レチクル１２０のパターンを基板１４０に転写する。Ｓ００５では、全てのショット領域の露光が終了した基板１４０を露光装置１００から搬出する。

Ｓ００６では、全ての基板１４０の露光が終了したかどうかを判定する。全ての基板１４０の露光が終了していない場合には、Ｓ００１に移行して、次に露光する新たな基板１４０を露光装置１００に搬入する。また、全ての基板１４０の露光が終了していない場合には、動作を終了する。

露光装置１００では、プリアライメント（Ｓ００２）やグローバルアライメント（Ｓ００３）において、計測装置２００によって基板１４０に形成されたアライメントマークの位置を計測している。上述したように、計測装置２００は、アライメントマークの位置を短時間で計測することができる。従って、露光装置１００は、アライメントを短時間で行うことが可能となり、スループットを向上することができる。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置１００を用いて、感光剤が塗布された基板にパターンを形成する工程と、パターンを形成された基板を処理（例えば、現像）する工程を含む。また、上記形成工程につづけて、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (10)

1. 第１方向の位置情報を有する第１マークと、前記第１方向とは異なる第２方向の位置情報を有する第２マークとを含む、基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する計測装置であって、
   前記基板を保持して可動のステージと、
   前記アライメントマークの像を検出する検出部と、
   前記ステージの移動と前記検出部による検出とを制御する制御部と、
   前記検出部により像を検出されたアライメントマークの位置を求める処理部と、を有し、
   前記制御部は、前記アライメントマークが前記検出部の視野外の第１位置から前記検出部の視野内の第２位置へ移動するように、前記第１方向に前記ステージを移動させながら前記アライメントマークの像を前記検出部に検出させ、かつ前記アライメントマークが前記第２位置から前記検出部の視野外の第３位置へ移動するように、前記第２方向に前記ステージを移動させながら前記アライメントマークの像を前記検出部に検出させ、
   前記処理部は、前記第１方向に前記ステージを移動させている間に前記検出部により検出された前記第２マークの像から前記第２マークの前記第２方向の位置を求め、前記第２方向に前記ステージを移動させている間に前記検出部により検出された前記第１マークの像から前記第１マークの前記第１方向の位置を求める、ことを特徴とする計測装置。
2. 第１方向の位置情報を有する第１マークと、前記第１方向とは異なる第２方向の位置情報を有する第２マークとを含む、基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する計測装置であって、
   前記基板を保持して可動のステージと、
   前記アライメントマークの像を検出する検出部と、
   前記ステージの移動と前記検出部による検出とを制御する制御部と、
   前記検出部により像を検出されたアライメントマークの位置を求める処理部と、を有し、
   前記制御部は、前記第１方向に前記ステージを移動させている第１期間と、前記第２方向に前記ステージを移動させている第３期間と、前記第１期間と前記第３期間との間の前記ステージを静止させている第２期間のそれぞれの期間において前記アライメントマークの像を前記検出部に検出させ、
   前記処理部は、前記第１期間及び前記第２期間に前記検出部により検出された前記第２マークの像から前記第２マークの前記第２方向の位置を求め、前記第２期間及び前記第３期間に前記検出部により検出された前記第１マークの像から前記第１マークの前記第１方向の位置を求めることを特徴とする計測装置。
3. 前記制御部は、前記第１期間及び前記第２期間のいずれかに前記検出部により検出された前記アライメントマークの像が許容条件を満たさない場合、前記第２期間に前記アライメントマークの像を前記検出部に検出させる、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記制御部は、前記アライメントマークが前記第１位置に到達するまでの期間が、前記第１方向及び前記第２方向に並行して前記ステージを移動させる期間を含むように、前記ステージの移動を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
5. 前記制御部は、前記基板上に形成された計測対象の複数のアライメントマークのレイアウトに基づいて、前記ステージの移動経路を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
6. ステージによって保持された基板に形成されたアライメントマークであって、第１方向の位置情報を有する第１マークと、前記第１方向とは異なる第２方向の位置情報を有する第２マークとを含むアライメントマークの像を検出部により検出することで前記アライメントマークの位置を計測する計測方法であって、
   前記アライメントマークが前記検出部の視野外の第１位置から前記検出部の視野内の第２位置へ移動するように、前記第１方向に前記ステージを移動させながら前記アライメントマークの像を検出するステップと、
   前記アライメントマークが前記第２位置から前記検出部の視野外の第３位置へ移動するように、前記第２方向に前記ステージを移動させながら前記アライメントマークの像を検出するステップと、
   前記第１方向に前記ステージを移動させている間に検出された前記第２マークの像から前記第２マークの前記第２方向の位置を求め、前記第２方向に前記ステージを移動させている間に検出された前記第１マークの像から前記第１マークの前記第１方向の位置を求めるステップとを含むことを特徴とする計測方法。
7. ステージによって保持された基板に形成されたアライメントマークであって、第１方向の位置情報を有する第１マークと、前記第１方向とは異なる第２方向の位置情報を有する第２マークとを含むアライメントマークの像を検出部により検出することで前記アライメントマークの位置を計測する計測方法であって、
   前記第１方向に前記ステージを移動させている第１期間において前記アライメントマークの像を検出するステップと、
   前記第２方向に前記ステージを移動させている第３期間において前記アライメントマークの像を検出するステップと、
   前記第１期間と前記第３期間との間の前記ステージを静止させている第２期間において前記アライメントマークの像を検出するステップと、
   前記第１期間及び前記第２期間に前記検出部により検出された前記第２マークの像から前記第２マークの前記第２方向の位置を求め、前記第２期間及び前記第３期間に前記検出部により検出された前記第１マークの像から前記第１マークの前記第１方向の位置を求めるステップとを含むことを特徴とする計測方法。
8. パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
   前記基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
9. 投影光学系を有し、前記投影光学系を介して前記基板を露光して前記パターンとしての潜像パターンを前記基板に形成することを特徴とする請求項８に記載のリソグラフィ装置。
10. 請求項８又は９に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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