KR20070008656A - 계측 방법, 계측 장치, 노광 방법 및 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

계측 대상마다 원하는 계측 조건을 설정하여, 고속이며 고정밀도인 계측을 가능하게 한다.
노광 장치의 얼라이먼트 센서에 있어서, 복수의 샘플 쇼트에 대해서 위치 계측을 행하는 경우, 계측하는 축 방향에 따라 혹은 마크에 따라 혹은 계측하는 마크가 존재하는 레이어에 따라 계측 조건을 변경하여 계측을 행한다. 그 때, 동일한 계측 조건으로 계측을 행하는 계측 대상, 예컨대 Y축 방향의 위치 혹은 X축 방향의 위치 등에 대해서는 연속하여 계측을 행한다. 또한, 계측 조건을 전환하였을 때는 베이스 라인량을 재계측한다. 전환 가능한 계측 조건은 계측광의 파장, 위상차판의 사용 및 선택, 광학계의 NA 및 σ, 계측광의 광량, 조명 형상 및 신호 처리 알고리즘 등이다.

Description

계측 방법, 계측 장치, 노광 방법 및 노광 장치{MEASURING METHOD, MEASURING EQUIPMENT, EXPOSING METHOD AND EXPOSING EQUIPMENT}
본 발명은 반도체 소자 등의 전자 디바이스를 제조할 때의 리소그래피 공정에 있어서, 마스크나 기판에 형성된 마크 위치의 계측에 적용하여 적합한 계측 방법 및 계측 장치 및 그 계측 방법에 의해 마스크나 기판에 형성된 마크의 위치를 계측하여 노광을 행하는 노광 방법 및 노광 장치에 관한 것이다.
반도체 소자, 액정 표시 소자, CCD 등의 촬상 소자, 플라즈마 디스플레이 소자, 박막 자기 헤드 등의 전자 디바이스(이하, 전자 디바이스라고 총칭함)의 제조에 있어서는 노광 장치를 이용하여 포토 마스크나 레티클(이하, 레티클이라고 총칭함)에 형성된 미세한 패턴의 상을, 포토레지스트 등의 감광제를 도포한 반도체 웨이퍼나 유리 플레이트 등의 기판(이하, 웨이퍼라고 칭함) 상에 투영 노광한다. 그 때, 레티클과 웨이퍼를 고정밀도로 위치 정렬(얼라이먼트)하고, 레티클의 패턴을 웨이퍼 상의 패턴에 고정밀도로 중첩시킬 필요가 있다. 최근, 패턴의 미세화나 고집적도화가 급속히 진행되고 있으며, 이러한 노광 장치에는 이전보다 높은 노광 정밀도가 요구되고 있다. 그 때문에, 얼라이먼트에 대한 정밀도의 요구도 한층 엄격해지고 있으며, 보다 고정밀도인 얼라이먼트가 요망되고 있다.
종래, 웨이퍼의 위치 계측은 웨이퍼 상에 형성된 위치 정렬 마크(얼라이먼트 마크)의 위치를 계측함으로써 행해진다. 이 얼라이먼트 마크의 위치를 계측하는 얼라이먼트계로서, 예컨대 할로겐 램프 등을 광원으로 하는 파장 대역폭의 넓은 광으로 마크를 조사하고, 반사광을 CCD 카메라 등으로 촬상하며, 얻어진 얼라이먼트 마크의 화상 데이터를 화상 처리하여 마크 위치를 계측하는 FIA(Field Image Alignment)계의 오프 액시스 얼라이먼트 센서 등이 알려져 있다. 이 FIA계의 얼라이먼트 센서에 의하면, 레지스트층에 의한 박막 간섭의 영향을 받기 어려워지며, 알루미늄 마크나 비대칭 마크 등에 대해서도 고정밀도인 위치 검출이 가능하다. 또한, 검출광의 파장을 선택함으로써 높은 콘트라스트로 마크를 촬상할 수 있도록 한 방법(예컨대, 특허 문헌 1 참조)이나, 검출광의 변화를 강조함으로써 단차가 적은 마크로부터의 반사광을 이용하여도 고정밀도로 그 위치를 검출할 수 있는 방법(예컨대, 특허 문헌 2 참조) 등도 개시되어 있으며, 보다 고정밀도인 얼라이먼트를 행하기 위해 여러 가지의 방법이 제안되고 있다.
그런데, 예컨대 웨이퍼나 쇼트 영역의 위치 결정을 행하는 경우, 동일 웨이퍼 상의 소정의 복수 마크에 대해서 각각 X축 방향 및 Y축 방향의 위치를 계측하고, 이것에 기초하여, 예컨대 EGA 연산 등을 행하며, 최종적으로 제어 대상이 되는 위치 정보를 얻고 있다. 즉, 일련의 얼라이먼트 처리(마크 계측 처리) 중에 있어서는 통상, 복수의 위치 계측 처리(복수의 마크에 대한 계측 공정)를 행하는 경우가 많다. 그러나, 종래의 얼라이먼트 계측 방법에 있어서는, 동일 웨이퍼에 대한 일련의 얼라이먼트 계측 처리 중에서는 복수의 계측 대상(마크)에 대하여 미리 설정한 단일 계측 조건만을 적용하여 계측 처리를 하고 있었다. 즉, 계측 대상마다 적절한 계측 조건을 설정하여 위치 계측 등을 행하고 있지 않았다.
보다 구체적으로는, 예컨대 복수의 마크가 웨이퍼 상의 상호 다른 층(레이어)에 형성되어 있는 경우나 계측 축 방향마다 필요로 하는 계측 정밀도(얼라이먼트 정밀도)가 다른 경우 등에는 계측 대상(마크)마다 최적의 계측 조건이 다른 경우가 있을 수 있다. 그러나, 종래의 계측 방법에서는 일련의 계측 처리 중에서는 단일 계측 조건으로 계측이 행해지고 있었기 때문에, 각 계측 대상(마크)에 대해서 각각 최적의 조건으로 계측이 행해지고 있는 것은 아니었다. 임시로, 계측 대상마다 계측 조건을 변경하고자 하면, 현저히 스루풋이 악화하거나 혹은 베이스 라인량이 변동하여 계측 정밀도에 악영향을 부여하는 등의 문제가 있으며, 실질적으로 그와 같은 조건에서의 계측은 되어있지 않았다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-170757호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제9-134863호 공보
발명의 개시
따라서 본 발명의 목적은 계측 대상마다 최적의 계측 조건을 설정하여 계측을 행할 수 있고, 또한 계측 스루풋도 저하시키는 일이 없이, 고속이며 고정밀도인 계측이 가능한 계측 방법 및 계측 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 그와 같은 계측 방법에 의해 웨이퍼 혹은 레티클의 위치 결정을 행함으로써, 고속이며, 또한 고정밀도로 노광 처리를 행할 수 있는 노광 방법 및 노광 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 관점에 의하면, 소정 기판 상에 형성되고, 또한 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측계를 이용하여 계측하는 계측 방법으로서, 상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는 상기 계측계의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하는 제1 공정(S211, S411)과, 상기 소정 기판 상의 상기 제1 마크의 전부를 상기 제1 조건하에서 계측한(S212∼S215, S413∼S416) 후에, 상기 계측 조건을 상기 제1 조건으로부터 제2 조건으로 전환하여 설정하는 제2 공정(S221, S421)과, 상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제2 마크의 전부를 상기 제2 조건하에서 계측하는 제3 공정(S222∼S225, S423∼S426)을 포함하는 계측 방법이 제공된다.
본 발명의 제2 관점에 의하면, 소정 기판 상에 형성되고, 또한 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측계를 이용하여 계측하는 계측 방법으로서, 상기 소정 기판 상의 상기 제1 마크를 계측할 때에는, 상기 계측계의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하는 제1 공정(S311, S411)과, 상기 소정 기판 상의 상기 제2 마크를 계측할 때에는 상기 계측계의 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 제2 공정(S321, S421)과, 상기 계측계에 의한 계측시의 기준 위치와, 상기 기판에 대하여 원하는 처리를 행하는 처리계에 있어서 상기 처리를 실시할 때의 위치를 규정하는 기준 위치와의 간격인 베이스 라인량을, 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건마다 각각 계측하는 제3 공정(S312, S322, S412, S422)을 포함하는 계측 방법이 제공된다.
본 발명의 제3 관점에 의하면, 소정 기판 상에 형성되고, 또한 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를, 상기 마크 상에 조명빔을 조사하는 조명 광학계와, 상기 마크로부터의 빔을 수광하는 수광 광학계를 구비하는 계측계를 이용하여 계측하는 계측 방법으로서, 상기 계측계는 상기 마크를 계측할 때에 변경 가능한 계측 조건으로서, 상기 조명빔의 광량, 상기 조명 광학계의 NA 또는 σ, 상기 마크로부터 발생하는 소정 차수의 회절빔에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 위상 부여 부재의 상기 수광 광학계 광로 내에의 삽입 또는 후퇴, 상기 마크로부터 발생하는 빔을 수광하여 얻은 광전 변환 신호를 처리할 때의 신호 처리 조건 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 소정 기판 상의 제1마크를 계측할 때에는 상기 계측계의 상기 계측 조건을 제1 조건으로 설정하며(S111), 상기 소정 기판 상의 상기 제2 마크를 계측할 때에는, 상기 계측계의 상기 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하도록(S113) 한 계측 방법이 제공된다.
본 발명의 제4 관점에 의하면, 마스크 상에 형성된 패턴을 기판 상에 전사하는 노광 방법으로서, 상기 마스크 또는 상기 기판 중 적어도 어느 한쪽에 대해서, 전술한 제1∼제3 관점 중 어느 하나에 따른 계측 방법에 의해, 상기 마스크 또는 상기 기판에 형성된 마크의 위치를 계측하고, 상기 계측 결과에 기초하여 상기 마스크 또는 상기 기판의 위치 결정을 행하는 공정을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제5 관점에 의하면, 전술한 제1∼제3 중 어느 하나에 따른 계측 방법에 의해, 물체 상의 계측 대상을 계측하도록 한 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 제6 관점에 의하면, 소정 기판 상에 형성되고, 또한 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측하는 계측 장치로서, 상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는 상기 계측 장치의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하고, 상기 복수의 제2 마크를 계측할 때에는 상기 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 조건 설정 수단과, 상기 소정기판 상의 상기 제1 마크의 전부를 상기 제1 조건하에서 계측한 후에, 상기 계측 조건을 상기 제1 조건으로부터 제2 조건으로 전환하여 설정하도록 상기 조건 설정수단을 제어하는 제어 수단을 갖는 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 제7 관점에 의하면, 소정 기판 상에 형성되고, 또한 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측하는 계측 장치로서, 상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는, 상기 계측 장치의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하고, 상기 복수의 제2 마크를 계측할 때에는 상기 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 조건 설정 수단과, 상기 계측 장치에 의한 계측시의 기준 위치와, 상기 기판에 대하여 원하는 처리를 행하는 처리 장치에 있어서 상기 처리를 실시할 때의 위치를 규정하는 기준 위치와의 간격인 베이스 라인량을, 상기 설정된 계측 조건마다 각각 유지하는 유지 장치(메모리305)를 갖는 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 제8 관점에 의하면, 소정 기판 상에 형성되고, 또한 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측하는 장치이며, 또한 상기 마크 상에 조명빔을 조사하는 조명 광학계와, 상기 마크로부터 빔을 수광하는 수광 광학계를 구비한 계측 장치로서, 상기 마크를 계측할 때에 변경 가능한 상기 계측 장치의 계측 조건으로서, 상기 조명빔의 광량, 상기 조명 광학계의 NA 또는 σ, 상기 마크로부터 발생하는 소정 차수의 회절빔에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 위상 부여 부재의 상기 수광 광학계 광로 내에의 삽입 또는 후퇴, 상기 마크로부터 발생하는 빔을 수광하여 얻은 광전 변환 신호를 처리할 때의 신호 처리 조건 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는, 상기 계측 장치의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하고, 상기 복수의 제2 마크를 계측할 때에는 상기 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 조건 설정 수단을 갖는 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 제9 관점에 의하면, 마스크 상에 형성된 패턴을 기판 상에 전사하는 노광 장치로서, 상기 마스크 또는 상기 기판 중 적어도 어느 한쪽에 대해서, 전술한 제5∼제8 관점 중 어느 하나에 따른 계측 장치를 이용하여, 상기 마스크 또는 상기 기판에 형성된 마크의 위치를 계측하고, 상기 계측 결과에 기초하여 상기 마스크 또는 상기 기판의 위치 결정을 행하는 위치 결정 장치를 갖는 노광 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 계측 방법 또는 계측 장치에 의하면, 계측 대상마다 최적의 계측 조건을 설정하고, 또한 계측 스루풋도 저하시키는 일없이 계측을 행할 수 있으며, 이것에 의해 고속이며 고정밀도인 계측이 가능해진다. 또한, 본 발명에 따른 노광 방법 또는 노광 장치에 의하면, 본 발명에 따른 계측 방법 또는 계측 장치를 이용하여 웨이퍼 혹은 레티클의 위치 결정을 행하도록 하였기 때문에, 노광 처리를 고속이며, 또한 고정밀도로 행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태의 노광 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시한 노광 장치의 얼라이먼트 센서의 구성을 도시한 도면.
도 3a는 도 2에 도시한 얼라이먼트 센서에 구비되는 조명 개구 조리개를 설명하기 위한 도면.
도 3b는 도 2에 도시한 얼라이먼트 센서에 구비되는 위상차판을 설명하기 위한 측면도.
도 3c는 도 2에 도시한 얼라이먼트 센서에 구비되는 위상차판을 설명하기 위한 저면도.
도 4는 도 1에 도시한 노광 장치의 주제어계의 구성을 도시한 도면.
도 5a는 도 2에 도시한 얼라이먼트 센서의 촬상 소자로 촬상되는 웨이퍼 마크를 도시한 도면.
도 5b는 도 2에 도시한 얼라이먼트 센서의 촬상 소자에 의해 도 5a에 도시하는 웨이퍼 마크를 촬상한 경우의 신호 파형을 도시한 도면.
도 6은 웨이퍼에 있어서의 쇼트 배열 및 샘플 쇼트 및 얼라이먼트 마크의 배치를 설명하기 위한 도면.
도 7은 축 방향마다 계측 조건을 바꾸는 계측 처리의 흐름을 도시한 도면.
도 8은 축 방향마다 계측 조건을 바꾸는 동시에, 축 방향마다 연속하여 마크의 위치를 계측하는 처리의 흐름을 도시한 도면.
도 9는 축 방향마다 베이스 라인 계측을 하는 처리의 흐름을 도시한 도면.
도 10은 계측 조건을 변경할 때마다 베이스 라인을 재계측하는 처리의 흐름을 도시한 도면.
본 발명의 일실시 형태에 따른 노광 장치에 대해서, 도 1∼도 10을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 노광 장치(100)의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 도 1 중에 도시하는 바와 같은 XYZ 직교 좌표계에 기초하여, 각 구성부 및 이들의 위치 관계 등에 대해서 설명한다. 이 XYZ 직교 좌표계에 있어서는 X축 및 Z축을 지면에 평행하게 설정하고, Y축을 지면에 수직으로 설정한다. 또한, 실제 공간에서는 XY 평면이 수평면에 평행한 면이 되며, Z축 방향이 수직 방향이 된다. 도 1에 도시하는 노광 장치(100)에 있어서, 도시하지 않는 조명 광학계로부터 출사된 노광광(EL)은 콘덴서 렌즈(101)를 통해 레티클(R)에 형성된 패턴 영역(PA)을 균일한 조도 분포로 조사한다. 노광광(EL)으로서는, 예컨대 g 선(파장 436 nm), i 선(파장 365 nm), KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm), ArF 엑시머 레이저광(파장 193 nm) 혹은 F2 레이저광(파장 157 nm) 등이 이용된다.
레티클(R)은 레티클 스테이지(103) 상에 적재되어 있다. 레티클 스테이지(103)는 모터(102)에 의해 투영 광학계(PL)의 광축(AX) 방향으로 미동 가능하고, 또한, 그 광축(AX)에 수직인 면 내에서 2차원 이동 및 미소 회전 가능하게 설치된다. 레티클 스테이지(103)의 단부에는 레이저 간섭계(104)로부터의 레이저빔을 반사하는 이동 거울(105)이 고정되어 있으며, 레티클 스테이지(103)의 이차원적인 위치는 레이저 간섭계(104)에 의해, 예컨대 0.01 ㎛ 정도의 분해능에 의해 항상 검출되어 있다.
레티클(R)의 상측에는 레티클 얼라이먼트계(106A 및 106B)[이하, 레티클 얼라이먼트계(106)라고 총칭함]가 배치되어 있다. 레티클 얼라이먼트계(106)는 레티클(R)의 외주 부근에 형성된 적어도 2개의 십자형 얼라이먼트 마크를 검출하는 것이다. 레티클 얼라이먼트계(106)로부터의 계측 신호에 기초하여 레티클 스테이지(103)가 미동됨으로써, 레티클(R)은 패턴 영역(PA)의 중심점이 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 일지하도록 위치 결정된다.
레티클(R)의 패턴 영역(PA)을 투과한 노광광(EL)은, 예컨대 양측(한쪽측이어도 좋음) 텔레센트릭한 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(기판)(W) 상의 각 쇼트 영역에 투영된다. 투영 광학계(PL)는 노광광(EL)의 파장에 관해서 최량으로 수차 보정되어 있으며, 그 파장의 시초로 레티클(R)과 웨이퍼(W)와는 상호 공역으로 되어 있다. 또한, 투영 광학계(PL)는 복수의 렌즈 등의 광학 소자를 갖고, 그 광학 소자 의 초재(硝材)로서는 노광광(EL)의 파장에 따라 석영, 형석 등의 광학 재료로부터 선택된다.
웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더(108)를 통해 웨이퍼 스테이지(109) 상에 적재되어 있다. 웨이퍼 홀더(108) 상에는 기준판(110)이 설치되어 있다. 이 기준판(110)에는 베이스 라인 계측 등에서 사용하는 웨이퍼 피듀셜 마크(웨이퍼 기준 마크)가 형성되어 있다. 또한, 기준판(110)의 표면은 웨이퍼(W)의 표면과 동일한 높이가 되도록 설정되어 있다.
웨이퍼 스테이지(109)는 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 수직인 면 내에서 웨이퍼(W)를 이차원적으로 위치 결정하는 XY 스테이지, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 평행한 방향(Z 방향)에 웨이퍼(W)를 위치 결정하는 Z 스테이지, 웨이퍼(W)를 미소 회전시키는 스테이지 및 Z축에 대한 각도를 변화시켜 XY 평면에 대한 웨이퍼(W)의 기울기를 조정하는 스테이지 등으로 구성되어 있다. 웨이퍼 스테이지(109)의 상면 일단에는 L 자형의 이동 거울(111)이 부착되고, 이동 거울(111)의 경면에 대향한 위치에 레이저 간섭계(112)가 배치되어 있다. 도 1에서는 도시를 간략화하고 있지만, 이동 거울(111)은 X축에 수직인 반사면을 갖는 평면 거울 및 Y축에 수직인 반사면을 갖는 평면 거울로 구성되어 있다.
또한, 레이저 간섭계(112)는 X축에 따라 이동 거울(111)에 레이저빔을 조사하는 2개의 X축 용의 레이저 간섭계 및 Y축에 따라 이동 거울(111)에 레이저빔을 조사하는 Y축 용의 레이저 간섭계로 구성되고, X축 용의 1개의 레이저 간섭계 및 Y축 용의 1개의 레이저 간섭계에 의해, 웨이퍼 스테이지(109)의 X 좌표 및 Y 좌표가 계측된다. 또한, X축 용의 2개의 레이저 간섭계의 계측값의 차에 의해, 웨이퍼 스테이지(109)의 XY 평면 내에서의 회전각이 계측된다.
웨이퍼 스테이지(109)의 이차원적인 좌표는 레이저 간섭계(112)에 의해, 예컨대 0.01 ㎛ 정도의 분해능에 의해 항상 검출되어 있으며, X축 방향 및 Y축 방향의 좌표에 의해 웨이퍼 스테이지(109)의 스테이지 좌표계(정지 좌표계)(x, y)가 정해진다. 즉, 레이저 간섭계(112)에 의해 계측되는 웨이퍼 스테이지(109)의 좌표값이 스테이지 좌표계(x, y) 위의 좌표값이다.
레이저 간섭계(112)에 의해 계측된 X 좌표, Y 좌표 및 회전각을 나타내는 위치 계측 신호(PDS)는 주제어계(300)에 출력된다. 주제어계(300)는 공급된 위치 계측 신호(PDS)에 기초하여, 웨이퍼 스테이지(109)의 위치를 제어하는 제어 신호를 생성하고, 모터(113)에 출력한다. 또한, 주제어계(300)는 도시하지 않은 광원으로부터 노광광을 출사하는지 여부 및 노광광을 출사하는 경우의 노광광의 강도를 제어함으로써, 콘덴서 렌즈(101) 및 투영 광학계(PL)를 통과하는 노광광을 제어한다.
또한, 노광 장치(100)는 오프·액시스 방식으로 FIA(Field Image Alignment) 방식(촬상 방식)의 얼라이먼트 광학계(200)[이하, 얼라이먼트 센서(200)라고 칭함]를 투영 광학계(PL)의 측방에 구비한다. 얼라이먼트 센서(200)에 대해서, 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 얼라이먼트 센서(200)의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
얼라이먼트 센서(200)에 있어서, 할로겐 램프 등의 광원(241)을 발한 브로드 밴드한 조명광(광대역광)은 콘덴서 렌즈(242) 및 파장 선택 기구(243)를 거쳐 조명 시야 조리개(244)에 입사된다.
파장 선택 기구(243)는 웨이퍼(W)에 도포된 포토레지스트에 대하여 비감광성 파장역의 광속으로서, 검출 대상(얼라이먼트 대상)의 마크 등을 검출하는 데 적합한 파장역의 광속만을 투과시키기 위한 기구이다. 파장 선택 기구(243)는, 예컨대, 각각이 상호 다른 파장의 광을 추출하는 복수의 필터와, 이 복수의 필터 중 어느 하나를 광원(241)으로부터 발한 광대역광의 광로 상에 배치하는 필터 구동부를 갖는다. 본 실시 형태에 있어서 파장 선택 기구(243)는 파장 530∼620 nm의 광속(녹색광), 파장 620∼710 nm의 광속(등색광), 파장 710∼800 nm의 광속(적색광) 및 파장 530∼800 nm의 광속(백색광)을 각각 투과시키는 4장의 필터를 구비한다. 또한, 파장의 선택에 이용되는 필터는 광원(241)과 공역 또한 색 얼룩이 생기기 어려운 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 필터로서는 상기와 같은 소정 파장역을 투과시키는 타입에 한정되지 않고, 소정 파장역을 커트하는 타입의 필터를 이용하여, 복수의 파장 커트 필터의 조합으로 원하는 파장만을 추출 투과시키도록 하여도 좋다.
조명 시야 조리개(244)의 투과부를 투과한 조명광(DL)은 릴레이 렌즈(245)를 거쳐 조명 개구 조리개(246)(263)에 입사한다. 또한, 조명광(DL)은 빔스플리터(247) 및 대물 렌즈(248)를 통해 웨이퍼(W)의 위치 검출 대상의 마크(WM)를 포함하는 영역 등의 원하는 조명 영역을 조명한다. 조명 시야 조리개(244)는 웨이퍼(W)의 표면[웨이퍼 마크(WM)]과 실질적으로 공역(결상 관계)으로 되어 있으며, 조명 시야 조리개(244) 투과부의 형상, 크기에 따라 웨이퍼(W) 상에서의 조명 영역을 제 한할 수 있다.
조명 개구 조리개(246)(263)는 웨이퍼의 표면[웨이퍼 마크(WM)]에 대하여 대물 렌즈(248)와 빔스플리터(247)를 통해 광학적으로 푸리에 변환의 관계로 되어 있는 면(조명계 동면이라 칭함)(H1)에 배치된다. 조명 개구 조리개로서는, 통상 원형의 투과부를 갖는 조명 개구 조리개(246)와, 도 3a에 도시하는 바와 같은 환형 띠 형상의 투과부(263a)를 갖는 조명 개구 조리개(263)를 선택 가능한 구성으로 되어 있다. 마크에 대하여 통상의 조명 상태(소위 통상 조명)를 이용하여 얼라이먼트(마크) 계측을 행하는 경우에는 조명 개구 조리개(246)를 조명 광로 상에 배치하도록 하고, 소위 변형 조명(또는 경사 조명으로서의 환형 띠 조명)을 이용하여 마크 계측을 행하는 경우에는 조명 개구 조리개(263)를 조명 광로 상에 배치하도록 한다. 조명 개구 조리개(246과 263) 중 어느 하나를 선택할지는 웨이퍼 마크(WM)의 단차량이나 미세도, 선폭 등에 따라 결정된다. 이것은 이본 특허 공개 평성 제8-306609호 공보에서 공지하였기 때문에, 여기서의 상세한 기술은 생략한다. 도 3a에 도시하는 바와 같은 조명 개구 조리개(263)는 후술하는 위상차판(264)과 함께 사용하는 것도 가능해지고 있으며, 이들이 사용됨으로써 얼라이먼트 센서(200)를 위상차 현미경형의 센서로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 조명 개구 조리개(263)의 환형 띠 형상 투과부(263a)는 그 상이 후술하는 위상차판(264) 상에서 환형 띠 형상의 위상차 부가부(264a) 내에 들어가도록 설정된다.
웨이퍼(W) 상의 웨이퍼 마크(WM)를 포함하는 조명 영역에서 반사한 광속은 대물 렌즈(248) 및 빔스플리터(247)를 통해 웨이퍼(W)의 표면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계가 되는 면(결상계 동면이라고 칭함) H2에 배치된 원형의 개구부를 갖는 결상 개구 조리개(249)에 입사된다. 또한, 이 결상 개구 조리개(249)로서, 일본 특허 공개 평성 제8-306609호 공보에서 공지한 바와 같은 환형 띠 차광 형상의 차광부를 구비한 결상 개구 조리개를 결상 광로 상에 삽입 착탈 가능하게 구성하고, 전술한 조명 개구 조리개(263)와 병용하여 암시야 검출을 행할 수 있도록 하여도 좋다. 웨이퍼 마크가 저단차 마크이면, 암시야 검출로 하고, 고단차 마크이면, 이 결상 조리개를 광로 밖으로 후퇴시켜 명시야 검출 방식으로 설정하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 바와 같이, 조명 개구 조리개로서 도 3a에 도시하는 바와 같은 조명 개구 조리개(263)를 적용할 때에, 결상 개구 조리개(249)에 근접하여 위상차판(264)을 축상(투광) 광로 상에 삽입 배치하고, 웨이퍼(W)로부터의 반사 광속은 결상 개구 조리개(249)와 함께 위상차판(264)에도 입사되게 된다. 이 위상차판(264)은 도 3b에 측면도를, 도 3c에 저면도를 각각 도시하는 바와 같이, 원형의 유리 기판의 저면에 환형 띠 형상의 위상차 부가부(264a)를 피착한 것이며, 사용되는 경우에는 전술한 바와 같이, 조명 개구 조리개(263)의 환형 띠 형상 투과부(263a)의 상이 위상차판(264) 상에서 환형 띠 형상의 위상차 부가부(264a) 내에 들어가도록 설정된다.
본 실시 형태에서는 위상차판(264)은 위상차 부가부(264a)를 투과하는 결상 광속과, 그것 이외의 부분을 투과하는 결상 광속과, +π/2[rad] 또는 -π/2[rad]의 위상차를 부여하도록 설정된다. 그러기 위해서는 결상 광속의 파장 또는 중심 파장 을 λ로 하여, 위상차 부가부(264a)에(혹은 그것 이외의 부분에) 굴절률(n) 및 두께(d)가 식(n-1)d＝λ/4를 만족시키는 박막을 형성하면 좋다.
도 3a에 도시하는 바와 같은 조명 개구 조리개(263) 및 도 3b 및 도 3c에 도시하는 바와 같은 위상차판(264)을 이용하여 얼라이먼트 센서(200)에 위상차 현미경형의 광학계를 적용함으로써, 극저단차의 웨이퍼 마크(WM)에 대해서도 고콘트라스트인 검출상을 얻을 수 있다. 또한, 도 3b 및 도 3c에 도시한 위상차 부가부(264a)에는, 또한, 투과 광속을 감쇠시키는 감소 작용을 갖게 하여도 좋다. 즉, 위상차 부가부(264a)에 금속 박막 등의 흡광 부재를 부가하여도 좋다.
결상 개구 조리개(249)를 통과한 광속은 결상 렌즈(250)에 의해 집광되고, 빔스플리터(251)를 투과하여 지표판(252) 상에 웨이퍼 마크(WM)의 상을 결상시킨다. 지표판(252) 상에는 지표 마크(252a 및 252b)가 형성되어 있다. 또한, 발광 다이오드(LED) 등의 광원(255), 콘덴서 렌즈(256), 지표 조명 시야 조리개(257), 렌즈(258) 등으로 지표판 조명계가 구성되고, 이 지표판 조명계로부터의 조명광이 빔스플리터(251)를 통해 지표 마크(252a 및 252b)를 포함하는 부분 영역만을 조명하 도록 설정되어 있다. 조명 시야 조리개(244)의 투과부 형상은 이들 지표 마크(252a 및 252b)를 포함하는 부분 영역을 조명하지 않고 차광하도록 설정되어 있다. 이 때문에, 웨이퍼 마크(WM)의 상이 지표 마크(252a 및 252b)에 중첩하여 형성되는 일은 없다.
지표판(252) 상에 형성되는 웨이퍼 마크(WM)의 상 및 지표 마크(252a 및 252b)로부터의 광속은 각각 릴레이 렌즈(253)에 의해 CCD 등의 촬상 소자(254) 상 에 집광된다. 그 결과, 촬상 소자(254)의 촬상면에 웨이퍼 마크(WM)의 상 및 지표마크(252a 및 252b)의 상이 결상된다. 그리고, 촬상 소자(254)로부터의 촬상 신호( SV)는 주제어계(300)에 출력되고, 주제어계(300)에 있어서 마크의 위치 정보가 산출된다.
다음에, 주제어계(300)의 구성에 대해서 설명한다. 도 4는 주제어계(300)의 내부 구성 및 이것과 관련되는 구성 부분을 도시하는 블록도이다. 또한, 도 4에 있어서는 도 1에 도시한 구성부와 동일한 구성부에는 동일한 부호를 붙인다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 주제어계(300)는 FIA 연산 유닛(301), 파형 데이터 기억 장치(302), 얼라이먼트 데이터 기억부(303), 연산 유닛(304), 기억부(305), 쇼트맵 데이터부(306), 시스템 컨트롤러(307), 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308), 레티클 스테이지 컨트롤러(309), 메인 포커스계(320) 및 얼라이먼트 포커스계(330)를 갖는다.
파형 데이터 기억 장치(302)는 얼라이먼트 센서(200)에서 검출되어 FIA 연산유닛(301)을 통해 공급되는 촬상 신호(파형 데이터)(SV) 및 메인 포커스계(320) 및 얼라이먼트 포커스계(330)로부터의 출력 신호를 기억하는 회로이다. 파형 데이터 기억 장치(302)에는 웨이퍼(W) 상에 설치된 여러 가지의 얼라이먼트 마크 및 웨이퍼 홀더(108) 상에 설치된 기준판(110)에 형성된 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)의 신호 파형이 기억된다. 또한, 후술하는 웨이퍼(W)(도 6)에 있어서는, 각 쇼트 영역에 부수되어 일차원의 X 마크와 Y 마크가 별개로 형성되어 있다. 이러한 경우, X 마크 및 Y 마크의 파형 데이터가 각각 별개로 파형 데이터 기억 장치(302)에 기억된다. 또한, 마크 형상으로서는 이 형상에 한정되는 것은 아니고, 이차원 동시 계측 가능한 마크라도 좋다.
FIA 연산 유닛(301)은 필요에 따라 파형 데이터 기억 장치(302)로부터 파형 데이터를 판독하고, 각 마크(파형 데이터)의 위치 정보, 즉 스테이지 좌표계(x, y)에서의 좌표 위치를 구하며, 구한 위치 정보를 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 출력한다. FIA 연산 유닛(301)은 시스템 컨트롤러(307)로부터 지정되는 소정의 신호 처리 알고리즘에 따라서, 파형 데이터의 생성 혹은 파형 데이터로부터의 좌표 위치의 검출 처리 등을 행한다.
FIA 연산 유닛(301)에 있어서의 마크의 위치 검출 처리의 일례에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5a는 얼라이먼트 센서(200)의 촬상 소자(254)(도 2 참조)에서 촬상되는 X축 방향의 위치 검출용 마크(Mx1)를 도시하고, 도 5b는 얻어지는 촬상 신호의 파형을 도시한다. 촬상 소자(254)의 촬상 시야(VSA) 내에는 도 5a에 도시하는 바와 같이, 복수 라인의 직선형 패턴으로 이루어지는 마크(Mx1)와, 이것을 사이에 두도록 지표판(252)(도 2 참조) 상에 형성된 지표 마크(FM1, FM2)가 배치되어 있다. 촬상 소자(254)는 이들 마크(Mx1) 및 지표 마크(FM1, FM2)의 상을 수평 주사선(VL)에 따라 전기적으로 주사한다. 이 때, 1 라인의 주사선만으로서는 SN 비의 점에서 불리하기 때문에, 촬상 시야(VSA)에 들어오는 복수 라인의 수평 주사선에 의해 얻어지는 촬상 신호의 레벨을, 수평 방향의 각 화소마다 가산 평균하는 것이 바람직하다. 그 결과, 도 5b에 도시하는 바와 같은, 양측에 지표 마크(FM1, FM2)의 각각에 대응한 오목부가 있는 촬상 신호를 얻을 수 있고, 이 촬상 신호가 FIA 연산 유닛(301)을 통해 파형 데이터 기억 장치(302)에 저장된다.
FIA 연산 유닛(301)은 이 촬상 신호의 오목부를 슬라이스 레벨(SL2)에서 검출하고, 양방의 오목부 화소상의 중심 위치를 구한다. 그리고, 이들 2개의 중심 위치의 중심으로서, 지표 마크(FM1, FM2)를 기준으로 하였을 때의 기준 위치(x0)를 구한다. 또한, 지표 마크(FM1, FM2)의 각 중심 위치를 구하는 대신에 지표 마크(FM1)의 우측 엣지의 위치와 지표 마크(FM2)의 좌측 엣지의 위치로부터 그 기준 위치(x0)를 구하도록 하여도 좋다.
또한, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 촬상 신호 안의 마크(Mx1)에 대응하는 부분의 파형은 각 직선형 패턴의 좌측 엣지 및 우측 엣지에 대응한 위치에서 오목부로 되어 있다. FIA 연산 유닛(301)은 그 촬상 신호의 마크(Mx1)에 대응한 오목부를 슬라이스 레벨(SL1)로 검출하고, 각 직선형 패턴의 중심 위치를 구한 후, 각 중심 위치를 평균화하여 마크(Mx1)의 계측 위치(xc)를 산출한다. 그리고, 먼저 구한 기준 위치(x0)와 마크(Mx1)의 계측 위치(xc)와의 차 Δx(＝x0-xc)를 산출한다. 그리고, 도 5a의 촬상 영역(VSA) 내에 웨이퍼 마크(Mx1)가 위치 결정되었을 때의 웨이퍼 스테이지(109)의 좌표 위치에, 산출한 차(Δx)를 가산하여 얻은 값을, 마크 위치 정보로서 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 공급한다.
이러한 처리를 행하는 FIA 연산 유닛(301)에 있어서, 선택 가능한 신호 처리조건(얼라이먼트 계측 조건)으로서는 파형 해석 알고리즘, 슬라이스 레벨(SL1) 및 도 5b의 처리 게이트 폭(GX)[화소 상에서의 폭(Gx)의 중심 위치와 그 폭] 등이 있 다. 또한, 파형 해석 알고리즘으로서는, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제4-65603호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 각 직선형 패턴의 중심 위치를 구할 때에, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 직선형 패턴의 좌측 엣지 및 우측 엣지에 대응한 슬로프부(BS1L, BS2L 및 BS1R, BS2R) 중 (1) 외측 슬로프부(BS1L, BS2R)만을 이용하는 모드, (2) 내측 슬로프부(BS1R, BS2L)만을 이용하는 모드, (3) 외측 슬로프부(BS1L, BS2R) 및 내측 슬로프부(BS1R, BS2L)를 이용하는 모드가 있다.
얼라이먼트 데이터 기억부(303)는 FIA 연산 유닛(301)에서 검출된 각 마크의 위치 정보를 기억한다. 또한, 시스템 컨트롤러(107)를 통해 레티클 얼라이먼트계(106)로부터 입력되는 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)를 레티클 얼라이먼트계(106)에서 관찰한 경우의 좌표 위치[투영 광학계(PL)의 좌표계에 있어서의 위치 정보]를 기억한다. 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 기억되는 각 좌표 위치는 연산 유닛(304)에 공급되고, EGA 처리나 베이스 라인 계측 처리 등에 제공된다.
또한, 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 기억된 위치 정보는 필요에 따라 시스템 컨트롤러(307)에 직접 공급된다. 예컨대, 러프계측의 결과에 기초하여 웨이퍼(W)의 위치 정렬을 행한 후에 파인 계측을 행하는 다단층 처리의 경우나, 웨이퍼(W)에 형성된 마크가 X축 방향의 위치 정보를 계측하는 마크와 Y축 방향의 위치 정보를 계측하는 마크가 별개로 형성되어 있는 경우에, X축 방향의 위치 정보를 계측하기 위한 마크를 계측한 결과에 기초하여 웨이퍼(W)를 이동시켜 Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 마크를 계측하는 경우 등에, 얼라이먼트 데이터 기억 부(303)에 기억된 위치 정보가 시스템 컨트롤러(307)에 직접 공급된다.
쇼트맵 데이터 기억부(306)에는 웨이퍼(W) 상의 각 쇼트 영역에 속하는 마크의 웨이퍼(W) 상의 좌표계(x, y)에서의 설계상의 배열 좌표값이 기억된다. 이들 설계상의 배열 좌표값은 연산 유닛(304) 및 시스템 컨트롤러(307)에 공급된다.
연산 유닛(304)은 EGA 파라미터의 검출을 행한다. 즉, 계측된 좌표값 및 설계상의 좌표값에 기초하여, 최소 제곱법에 의해 웨이퍼(W) 상의 좌표계(x, y)에서의 설계상의 배열 좌표값으로부터 스테이지 좌표계(x, y)에서의 계산상의 배열 좌표값을 구하기 위한 변환 파라미터를 구하고, 이들의 변환 파라미터를 기억부(305)에 기억한다.
또한, 연산 유닛(304)은 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 기억되어 있는 얼라이먼트 센서(200)에 의해 계측한 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)의 위치 좌표와, 레티클 얼라이먼트계(106)에 의해 투영 광학계(PL)를 통해 계측한 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)의 위치 좌표와의 거리를 검출함으로써, 얼라이먼트 센서(200)의 광축과 투영 광학계(PL)의 광축(AX) 사이의 거리, 즉 베이스 라인량을 산출한다. 본 실시 형태에 있어서, 베이스 라인량은 마크 계측시에 설정되는(사용됨) 얼라이먼트 계측 조건마다 각각 별개로 계측한다. 또한, 검출한 베이스 라인량은 설정된 얼라이먼트 계측 조건에 대응시켜 각각 기억부(305)에 기억된다.
시스템 컨트롤러(307)는 기억부(305)에 기억되어 있는 연산 유닛(304)에 의해 구해진 EGA 파라미터를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 좌표계(x, y)에서의 설계상의 배열 좌표값으로부터 스테이지 좌표계(x, y)에서의 계산상의 배열 좌표값을 구한 다. 그리고, 시스템 컨트롤러(307)는 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308)를 통해 레이저 간섭계(112)의 계측값을 모니터하면서, 모터(113)를 통해 웨이퍼 스테이지(109)를 구동하고, 웨이퍼(W) 상의 각 쇼트 영역의 위치 결정 및 각 쇼트 영역에의 노광을 행한다.
또한, 시스템 컨트롤러(307)는 레티클 스테이지 컨트롤러(309)를 통해 레이저 간섭계(104)의 계측값을 모니터하면서, 모터(102)를 통해 레티클 스테이지(103)를 구동하여, 레티클(R)의 위치 조정을 행한다.
다음에, 이러한 구성의 노광 장치(100)에 있어서의 본 발명에 따른 처리에 대해서 설명한다. 노광 장치(100)는 웨이퍼 스테이지(109) 상[웨이퍼 홀더(108) 상]에 세트된 웨이퍼(W) 및 웨이퍼(W) 상에 규정되는 복수의 쇼트 영역의 위치를 고정밀도로 검출하고, 이것을 원하는 위치에 고정밀도로 위치 정렬(얼라이먼트)하여, 각 쇼트 영역에 레티클(R)에 형성된 패턴의 상을 투영 노광한다. 여기서는 이 얼라이먼트 처리시의 웨이퍼 상에 형성된 마크의 위치를 계측하는 처리 및 이것에 관계하여 베이스 라인량을 검출하는 처리에 대해서 제1∼제4의 구체적인 처리예를 들어 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 어떠한 처리도 노광 장치(100)의 주제어계(300)가 주제어계(300)로 설정된 제어 프로그램에 따라 동작하고, 이것에 의해 노광 장치(100)의 각부를 제어함으로써 실현되는 것이다.
우선, 노광 장치(100)에서 노광을 행하는 웨이퍼(W)의 쇼트 영역의 배열 및 웨이퍼(W)에 형성되는 얼라이먼트 마크에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 웨이퍼(W) 상의 쇼트 영역의 배열 및 샘플 쇼트 및 얼라이먼트 마크의 배치를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에는 웨이퍼(W) 상에 설정된 좌표계(x, y)에 따라서 규칙적으로 쇼트 영역(ES1, ES2 … ESN)이 규정되어 있다. 각 쇼트 영역 ESi(i＝1∼N)에는 그것까지의 공정에 의해 형성된 패턴의 층이 적층되어 있다. 또한, 각 쇼트 영역(ESi)은 x 방향 및 y 방향으로 소정 폭의 스트리트 라인으로 구획되어 있다.
이 웨이퍼(W)에 있어서는 각 쇼트 영역(ESi)의 X축 방향의 위치를 계측하기 위한 마크(X 마크)와, Y축 방향의 위치를 계측하기 위한 마크(Y 마크)가 분리되어 형성되어 있다. 즉, x 방향으로 신장된 스트리트 라인의 각 쇼트 영역(ESi)에 접하는 범위에, X축 방향의 얼라이먼트를 행하기 위한 X 마크(Mxi)가 형성되고, y 방향으로 신장된 스트리트 라인의 각 쇼트 영역(ESi)에 접하는 범위에, Y축 방향의 얼라이먼트를 행하기 위한 Y 마크(Myi)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 각 마크(Mxi 및 Myi)는 도 5에 도시한 바와 같이, 각각 x 방향 및 y 방향으로 소정 피치로 복수 라인의 직선 패턴을 병행한 마크이다.
또한, 웨이퍼(W)에 있어서, X 마크와 Y 마크에서는 얼라이먼트 센서(200)에 의해 마크를 계측할 때의 계측 조건이 다른 것으로 한다. 이러한 상태는 여러 가지의 요인에 의해 일어날 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 예컨대 일본 특허 제2591746호 공보나 일본 특허 공개 평성 제7-249558호 공보 등에 표시되어 있는 바와 같이, 차층을 중첩시켜 노광하기 위해, 웨이퍼 상에 형성된 복수의 층(멀티레이어)에 걸쳐 얼라이먼트를 해야 할 때로서, 예컨대 Y 방향의 얼라이먼트는 직전의 레이어에 대하여(기준으로서) 이루어지고, X 방향의 얼라이먼트는 직전의 레이어에 대하여(기준으로서) 이루어지는 상황하를 일례로서 상정하는 것으로 한다. 보다 구체적으로는, Y 방향의 위치 정렬은 웨이퍼(W)의 이미 형성되어 있는 패턴의 층 중에서 최표층에 형성된 패턴(마크)에 대하여 이루어지는 것으로 하고, X 방향의 위치 정렬은 최표층 아래층에 형성된 패턴(마크)에 대하여 이루어지는 것으로 한다. 따라서, 얼라이먼트 계측시에 X 마크를 관찰할 때에는 웨이퍼(W)의 상면으로부터 Y 마크가 형성되어 있는 최표층을 사이에 두고, 그 최표층 아래층에 형성되어 있는 X 마크를 관찰하게 된다. 그 때문에, X 마크를 적절히 계측하기 위한 얼라이먼트 계측 조건(조명 조건, 광학 조건, 신호 처리 알고리즘 등)은 Y 마크를 적절히 계측하기 위한 얼라이먼트 계측 조건과는 다르다.
또한, 도 6에 있어서 사선이 그려져 있는 쇼트 영역(SA1∼SA4)은 웨이퍼(W)에 대하여 EGA를 적용하는 경우의 샘플 쇼트를 도시하는 것이며, 후술하는 각 처리예의 설명시에 참조한다.
이하, 이러한 웨이퍼(W)를 처리 대상으로 하는 노광 장치(100)에 있어서의 본 발명에 따른 처리에 대해서, 제1∼제4의 구체적인 처리예를 예시하여 설명한다.
[제1 처리예]
노광 장치(100)의 제1 처리예로서, 전술한 바와 같은 웨이퍼(W)의 각 쇼트 영역의 위치를, EGA 방식에 의해 검출하는 처리에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다. 그 때문에, 우선, 웨이퍼(W)의 쇼트 영역(ES1∼ESN) 중에서 소정의 복수개(3개 이상)의 쇼트 영역을 샘플 쇼트로서 선택하고, 각 샘플 쇼트의 스테이지 좌표계(x, y) 상에서의 좌표 위치를 계측한다. 본 실시 형태에 있어서는, 예컨대 도 6에 있어 서 사선을 실시하는 4개의 쇼트 영역(SA1∼SA4)을 선택한다. 그리고, 이들의 샘플쇼트(SA1∼SA4)에 각각 접하여 형성되어 있는 X 마크(Mx1∼Mx4 및 My1∼My4)의 위치를 계측함으로써, 각 샘플 쇼트(SA1∼SA4)의 위치를 계측한다.
본 제1 처리예의 특징은 순차 쇼트마다 마크(X 마크, Y 마크)를 계측해 나가는 것으로서, 각 쇼트의 계측마다(각 마크의 계측마다)에 계측 조건의 전환을 행하는 점에 있다. 우선, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트맵에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308)를 통해 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 샘플 쇼트(SA1)에 대하여 설치된 Y축 방향의 위치 계측용의 Y 마크(My1)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다. 또한, 시스템 컨트롤러(307)는 Y 마크(My1)를 관찰하고, 촬상하며, 또한 그 위치를 계측하는 데 최적의 얼라이먼트 계측 조건(제1 조건)이 되도록 얼라이먼트 센서(200) 및 주제어계(300) 내의 각부의 설정을 제어한다(단계 S111). 구체적으로는, 예컨대 Y 마크(My1)는 전술한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 형성되어 있는 패턴층의 최표층에 형성된 마크이기 때문에, 이것을 관찰하는 데 특단의 관찰광(조명광)의 파장을 한정할 필요는 없고, 광대역의 백색광으로 관찰하면 좋다. 따라서, 시스템 컨트롤러(307)는 얼라이먼트 센서(200)의 파장 선택 기구(243)에 있어서, 파장 530∼800 nm의 광속(백색광)을 투과시키는 필터가 선택되도록 파장 선택 기구(243)를 제어한다.
주제어계(300)[시스템 컨트롤러(307)]는 전술한 얼라이먼트광의 파장 이외의 얼라이먼트 계측 조건으로서, 조명 시야 조리개(244), 조명 개구 조리개(246), 결 상 개구 조리개(249) 및 지표 조명 시야 조리개(257)를 제어하여, 얼라이먼트 센서(200)의 광학계의 개구수(N. A., σ) 및 조명광량[광원(241이나 255)] 등을 제어한다. 또한, 주제어계(300)[시스템 컨트롤러(307)]는 그 외에도 필요에 따라[얼라이먼트 계측 조건(제1 조건)의 하나로서], 릴레이 렌즈(245)의 후단에 배치되는 조명 개구 조리개를 통상의 원형의 투과부를 갖는 조명 개구 조리개(246)와 도 3a에 도시하는 바와 같은 환형 띠 형상의 투과부(263a)를 갖는 조명 개구 조리개(263)와의 사이에서 전환 배치하거나(조명 조건의 변경), 이미 설명한 바와 같이 결상 개구 조리개로서 조리개(249) 대신에, 환형 띠 형상의 차광부(마크로부터의 0차 회절광을 커트하는 차광부)를 갖는 조리개(도시되지 않음)를 삽입 착탈하여 암시야/명시야 검출 방식을 전환하거나 혹은 결상 개구 조리개(249) 후단의 결상 개구 조리개(249)에 근접한 위치에 위상차판(264)을 삽입 배치하여, 얼라이먼트 센서(200)를 위상차 현미경형의 센서로서 기능시키도록 제어한다.
또한, 시스템 컨트롤러(307)는 주제어계(300)의 FIA 연산 유닛(301)에서 사용하는 신호 처리 알고리즘(얼라이먼트 계측 조건의 하나)으로서, Y 마크(My1)의 계측에 최적의 알고리즘이 선택되도록 FIA 연산 유닛(301)을 제어한다.
계측 대상의 Y 마크(My1)가 계측 시야 내에 배치되고, 얼라이먼트 계측 조건이 Y 마크(My1)의 계측에 최적의 조건(제1 조건)으로 설정되면, Y 마크(My1)의 계측을 행한다(단계 S112). 즉, 계측 대상으로 되어 있는 마크(My1)를 포함하는 피검지 영역에, 광원(241)으로부터 출사된 조명광을 조사하고, 피검지 영역으로부터의 반사광을 촬상 소자(254)에 의해 촬상 신호로 변환한다. 촬상된 Y 마크(My1)의 촬 상 신호는 얼라이먼트 센서(200)로부터 주제어계(300)에 전송되고, 주제어계(300)의 파형 데이터 기억 장치(302)에 기억된다.
파형 데이터가 파형 데이터 기억 장치(302)에 기억되면, FIA 연산 유닛(301)이 이것을 판독하고, 단계 S111에서 설정된 신호 처리 조건에 따라, 즉 선택된 소정의 알고리즘, 연산 처리 및 슬라이스 레벨 등을 이용하여 신호 처리를 행하며, 촬상한 화상으로부터 마크를 검출하여, 그 위치를 구한다. 촬상 신호로부터 Y 마크(My1)가 검출되면, 그 위치 좌표가 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 기억되고, 제1 샘플 쇼트 영역(SA1)에 대한 Y 마크(My1)의 좌표(Y 좌표)의 계측이 종료된다.
제1 샘플 쇼트 영역(SA1)에 대한 Y 마크(My1)의 좌표 계측이 종료되면, 다음에, 제1 샘플 쇼트 영역(SA1)에 대한 X 마크(Mx1)의 좌표 계측을 행한다. 우선, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트맵에 기초하여, 현재 계측 대상으로 되어 있었던 Y 마크(My1)의 자리표와 다음에 계측 대상이 되는 X 마크(Mx1) 좌표와의 설계값 상의 상대값과, 현재 계측을 행한 Y 마크(My1)의 위치 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308)를 통해 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 샘플 쇼트(SA1)에 대하여 설치된 X축 방향의 위치 계측용 X 마크(Mx1)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다.
또한, 시스템 컨트롤러(307)는 X 마크(Mx1)를 관찰하고, 촬상하며, 또한 그 위치를 계측하는 데 적합한 얼라이먼트 계측 조건(상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 함)이 되도록 얼라이먼트 센서(200) 및 주제어계(300) 내의 각부의 설정을 제어한다(단계 S113). 구체적으로는, 예컨대 X 마크(Mx1)는 전술한 바와 같이, 웨 이퍼(W)에 형성되어 있는 패턴층의 최표층으로부터 한층 아래층에 형성된 마크이기 때문에, 이것을 적절히 관찰하는 관찰광으로서는 최표층을 구성하고 있는 물질에 대하여 투과율이 높은 관찰광(조명광)을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 그와 같은 관찰광이 적색역의 광이었다고 하면, 시스템 컨트롤러(307)는 얼라이먼트 센서(200)의 파장 선택 기구(243)에 있어서, 파장 710∼800 nm의 광속(적색광)을 투과시키는 필터가 선택되도록 파장 선택 기구(243)를 제어한다.
또한, Y 마크(My1)의 촬상의 경우에 이미 설명한 것과 동일하게, 주제어계(300)[시스템 컨트롤러(307)]는 X 마크(Mx1)의 계측에 최적의 계측 조건이 되도록 광원(241 및 255)이나 각 조리개(244, 246, 249 및 257)의 제어, 조명 개구 조리개의 선택, 위상차판의 배치, 주제어계(300)의 FIA 연산 유닛(301)에 있어서의 신호 처리 조건 등을 얼라이먼트 계측 조건(제2 조건)의 하나로서 각각 필요에 따라 설정 제어한다.
계측 대상의 X 마크(Mx1)가 계측 시야 내에 배치되고, 계측 조건이 X 마크(Mx1)의 계측에 최적의 조건으로 설정되면, X 마크(Mx1)의 계측을 행한다(단계 S114). 즉, 계측 대상으로 되어 있는 X 마크(Mx1)를 포함하는 피검지 영역에, 광원(241)으로부터 출사된 적색 조명광을 조사하고, 피검지 영역으로부터의 반사광을 촬상 소자(254)에 의해 촬상 신호로 변환한다. 촬상된 X 마크(Mx1)의 촬상 신호는 얼라이먼트 센서(200)로부터 주제어계(300)에 전송되고, 주제어계(300)의 파형 데이터 기억 장치(302)에 기억된다.
파형 데이터가 파형 데이터 기억 장치(302)에 기억되면, FIA 연산 유닛(301) 이 이것을 판독하고, 단계 S113에서 설정된 신호 처리 조건에 따라, 즉 선택된 소정의 알고리즘, 연산 처리 및 슬라이스 레벨 등을 이용하여 신호 처리를 행하여, 촬상한 화상으로부터 마크를 검출한다. 촬상 신호로부터 X 마크(Mx1)가 검출되면, 그 위치 좌표가 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 기억되고, 이 제1 마크의 X 좌표의 계측이 종료된다.
제1 샘플 쇼트에 대한 Y 마크(My1) 및 X 마크(Mx1)의 계측이 종료되면, 마찬가지로 하여 제2∼제4 샘플 쇼트에 대한 Y 마크 및 X 마크의 위치 계측을 행한다. 즉, 예컨대 얼라이먼트 계측 조건의 하나로서의 조명광의 파장역을 광대역 백색광(브로드 밴드 조명)으로 전환하는 등으로 Y 마크의 계측에 적절한 계측 조건(제1 조건)으로 설정하고(단계 S121), 제2 샘플 쇼트(SA2)에 대한 Y 마크(My2)의 위치 계측을 행한다(단계 S122). 다음에, 예컨대 얼라이먼트 계측 조건의 하나로서의 조명광의 파장역을 적색광(적색 조명)으로 전환하는 등으로 X 마크의 계측에 적절한 계측 조건(제2 조건)으로 설정하고(단계 S123), 제2 샘플 쇼트(SA2)에 대한 X 마크(Mx2)의 위치 계측을 행한다(단계 S124).
또한, 제3 및 제4 샘플 쇼트(SA3 및 SA4)에 대해서도 마찬가지로, 예컨대 얼라이먼트 계측 조건의 하나로서의 조명광의 파장역을 광대역 백색광(브로드 밴드 조명)으로 전환하는 등으로 Y 마크의 계측에 적절한 계측 조건(제1 조건)으로 설정하고(단계 S131 및 S141), 제3 및 제4 샘플 쇼트(SA3 및 SA4)에 대한 Y 마크(My3 및 My4)의 위치 계측을 행한다(단계 S132 및 S142). 다음에, 예컨대 얼라이먼트 계측 조건의 하나로서의 조명광의 파장역을 적색광(적색 조명)으로 전환하는 등으로 X 마크의 계측에 적절한 계측 조건(제2 조건)으로 설정하고(단계 S133 및 S 143), 제3 및 제4 샘플 쇼트(SA3 및 SA4)에 대한 X 마크(Mx3 및 Mx4)의 위치 계측을 행한다(단계 S134 및 S144).
이상의 처리를 반복하여, 웨이퍼(W) 상에 설정된 샘플 쇼트(SA1∼SA4)에 대한 각 마크(Mx1, My1, Mx2, My2, Mx3, My3, Mx4, My4)를 순서대로 계측함으로써, 얼라이먼트 마크의 위치 계측은 종료된다. 계측된 좌표값은 주제어계(300)의 얼라이먼트 데이터 기억부(303)를 통해 연산 유닛(304)에 공급된다. 연산 유닛(304)은 마크 설계상의 좌표값 및 계측된 좌표값으로부터 미리 설정한 소정의 EGA 계산식을 만족하는 파라미터를, 예컨대 최소 제곱법을 이용하여 구한다. 그리고, 연산 유닛(304)은 구한 파라미터 및 각 쇼트 영역(ESi) 설계상의 배열 좌표값을 EGA 계산식에 적용하여, 각 쇼트 영역(ESi) 계산상의 배열 좌표값을 구한다.
그 후, 구한 배열 좌표값에 기초하여 노광 처리가 행해진다. 노광 처리를 행하는 데 있어서, 얼라이먼트 센서(200)의 계측 중심과, 투영 광학계(PL)의 노광 필드 내의 기준점과의 간격인 베이스 라인량은 각각 미리 구해져 있다. 그래서, 시스템 컨트롤러(307)는 연산 유닛(304)에서 산출된 배열 좌표에 베이스 라인량의 보정을 행하여 얻어진 계산상의 좌표값에 기초하여, 순차 각 쇼트 영역(ESi)의 위치 결정을 행하고, 레티클(R)의 패턴상을 노광한다.
이와 같이, 본 처리예에 의하면, 계측하는 레이어마다(바꾸어 말하면, X 마크 및 Y 마크마다, 다시, 바꾸어 발하면 X축 방향의 계측과 Y축 방향의 계측에 있어서) 계측 조건을 전환하도록 하여, 각 계측 대상의 마크에 대하여 최적의 조건으 로 계측을 할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 각 마크를 적절히 촬상하고, 적절히 그 위치를 계측하고 있으며, 고정밀도로 위치를 계측할 수 있어, 고정밀도인 얼라이먼트를 행할 수 있다.
[제2 처리예]
노광 장치(100)의 제2 처리예로서, 전술한 제1 처리예와 동일하게 웨이퍼(W)의 각 쇼트 영역의 위치를 EGA 방식에 의해 검출하는 처리로서, 각 쇼트 영역에 대한 얼라이먼트 마크의 위치를 레이어마다 또는 마크의 종류마다(X축 방향 및 Y축 방향의 각 얼라이먼트 마크마다) 연속하여 검출하는 방법에 대해서 설명한다. 처리 대상의 웨이퍼(W), 쇼트 영역의 배열, 선택되는 샘플 쇼트 및 위치 검출하는 마크는 모두 전술한 제1 처리예와 동일하다.
도 8은 제2 처리예로서 도시하는 마크의 위치 계측 방법에 의한 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 우선, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 4개의 샘플 쇼트(SA1∼SA4)에 대한 Y축 방향의 얼라이먼트 마크(Y 마크)(My1∼My4)의 위치 계측이 가장 바람직한 계측 조건하에서 행할 수 있도록 얼라이먼트 센서(200) 및 주제어계(300)에서 사용하는 얼라이먼트 계측 조건(제1 조건)을 결정하고, 설정한다(단계 S211).
선택(전환) 설정되는 얼라이먼트 계측 조건으로서는, 예컨대 조명광의 광원(241) 및 지표판 조명광의 광원(255)의 발광량이 있다. 또한, 조명 시야 조리개(244), 조명 개구 조리개(246), 결상 개구 조리개(249)(혹은 이미 설명한 환형 띠 차광부를 구비한 결상 개구 조리개) 및 지표 조명 시야 조리개(257)의 조리개 상태가 있다. 이들을 제어함으로써, 조명 조건(통상 조명/변형 조명)이나 암시야/명시야 검출 방식이나, 광학계의 개구수(N. A., σ) 및 조명광량 등을 설정 제어할 수 있다. 또한, 파장 선택 기구(243)에 있어서 사용하는 필터를 제어함으로써, 조명광(계측광)의 파장을 선택할 수 있다. 또한, 다른 얼라이먼트 계측 조건으로서, 조명개구 조리개를 통상 원형의 투과부를 갖는 조명 개구 조리개(246)로부터 도 3a에 도시하는 바와 같은 환형 띠 형상의 투과부(263a)를 갖는 조명 개구 조리개(263)로 변경하고, 또한, 결상 개구 조리개(249) 후단의 결상 개구 조리개(249)에 근접한 위치에 위상차판(264)을 배치함으로써, 얼라이먼트 센서(200)를 위상차 현미경형의 센서로서 기능시키도록 제어할 수도 있다.
또한, 얼라이먼트 계측 조건으로서 신호 처리 조건도 포함되는 것이며, 주제어계(300)의 FIA 연산 유닛(301)으로 사용하는 파형 해석(파형 처리) 알고리즘이나 연산 유닛(304)으로 사용하는 EGA 계산 모델 등의 신호 처리 알고리즘의 선택, 선택한 각 신호 처리 알고리즘으로 사용하는 여러 가지의 파라미터의 선택 등이 있다.
본 처리예에 있어서는 얼라이먼트 계측 조건(제1 조건의 중앙 일례)으로서, 예컨대 얼라이먼트 센서(200)에 있어서의 조명광 파장의 최적화를 행하는 것으로 한다. 처리 대상의 웨이퍼(W)에 형성되는 Y 마크(My1∼My4)는 전술한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 적층되어 있는 패턴층(레이어)의 최표층에 형성된 마크이고, 이것을 관찰하는 데 특단의 관찰광(조명광)의 파장을 한정할 필요는 없으며, 광대역의 백색광으로 관찰하면 좋다. 따라서, 시스템 컨트롤러(307)는 얼라이먼트 센서(200)의 파장 선택 기구(243)에 있어서 파장 530∼800 nm의 광속(백색광)을 투과시키는 필터가 선택되도록 파장 선택 기구(243)의 설정(제어)을 행한다.
계측 조건을 설정하면, 제1∼제4 샘플 쇼트(SA1∼SA4)의 Y 마크(My1∼My4)의 위치 계측(Y축 방향의 위치 계측)을 순차 연속하여 행한다(단계 S212∼S215).
우선 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트맵에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308)를 통해 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 샘플 쇼트(SA1)에 대하여 설치된 Y축 방향의 위치 계측용 Y 마크(My1)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다. 그리고, Y 마크(My1)가 계측 시야 내에 배치되면, 주제어계(300)가 얼라이먼트 센서(200)의 계측 조건을 제어하면서, 최적의 계측 조건으로 Y 마크(My1)의 촬상을 행하고, 그 위치 계측을 행한다(단계 S212).
즉, Y 마크(My1)를 포함하는 피검지 영역에, 광원(241)으로부터 출사되어 파장 선택 기구(243) 및 조명 시야 조리개(244) 등을 통과한 조명광을 조사한다. 그리고, 피검지 영역으로부터의 반사광을 결상 개구 조리개(249) 및 지표판(252) 등을 통해 촬상 소자(254)에서 수광하고, 광전 변환에 의해 촬상 신호를 생성한다. 얻어진 Y 마크(My1)의 촬상 신호는 얼라이먼트 센서(200)로부터 주제어계(300)에 전송되고, 주제어계(300)의 파형 데이터 기억 장치(302)에 기억된다.
파형 데이터 기억 장치(302)에 기억된 촬상 신호는 FIA 연산 유닛(301)에 의해 판독되고, 단계 S211에서 설정된 신호 처리 조건에 따라, 즉 설정된 처리 알고리즘 및 파라미터에 따라 신호 처리된다. 그 결과, 촬상 신호로부터 Y 마크(My1)가 추출되고, 그 위치가 검출된다. 검출된 Y 마크(My1)의 위치 정보(좌표값)는 얼라이먼트 데이터 기억부(303)에 기억된다. 이것에 의해, 제1 샘플 쇼트(SA1)의 Y 마크(My1)의 위치 계측의 처리가 종료된다.
제1 샘플 쇼트(SA1)의 Y 마크(My1)의 위치 계측이 종료되면, 다음에, 제2 샘플 쇼트(SA2)의 Y 마크(My2)의 위치 계측을 행한다(단계 S213). 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트맵에 기초하여, 현재 계측 대상으로 되어 있었던 제1 샘플 쇼트(SA1)의 Y 마크(My1)의 좌표와, 다음에 계측 대상이 되는 제2 샘플 쇼트(SA2)의 Y 마크(My2)의 좌표와의 설계값 상의 상대값과, 현재 계측을 행한 제1 샘플 쇼트(SA1)의 Y 마크(My1)의 위치 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308)를 통해 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 제2 샘플 쇼트(SA2)의 Y 마크(My2)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다.
그리고, Y 마크(My2)가 계측 시야 내에 배치되면, 주제어계(300)가 얼라이먼트 센서(200)의 계측 조건을 제어하면서, 전술한 제1 샘플 쇼트(SA1)의 Y 마크(My1)의 계측 처리와 동일한 처리에 의해, 최적의 계측 조건에서의 Y 마크(My2)의 촬상 및 그 위치 계측을 행한다. 이 때, 직전의 계측 대상의 마크는 이번 계측 대상의 마크와 동일한 Y축 방향의 얼라이먼트를 행하기 위한 Y 마크이기 때문에, 동일한 계측 조건을 적용하여 계측을 할 수 있다. 즉, 계측 조건을 변경하지 않고, Y 마크(My1) 다음에 즉시 Y 마크(My2)의 계측을 행할 수 있다.
마찬가지로, 제2 샘플 쇼트(SA2)의 Y 마크(My2)의 위치 계측이 종료되면, 주 제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트맵에 기초하여 제3 샘플 쇼트(SA3)의 Y 마크(My3)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시키고, 제3 샘플 쇼트(SA3)의 Y 마크(My3)의 위치 계측을 행한다(단계 S214). 또한, 제3 샘플 쇼트(SA3)의 Y 마크(My3)의 위치 계측이 종료되면, 제4 샘플 쇼트(SA4)의 Y 마크(My4)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시키고, 제4 샘플 쇼트(SA4)의 Y 마크(My4)의 위치 계측을 행한다(단계 S215).
제1∼제4 샘플 쇼트(SA1∼SA4)의 각 Y 마크(My1∼My4)의 위치 계측이 종료되면, 다음에, 제1∼제4 샘플 쇼트(SA1∼SA4)의 각 X 마크(Mx1∼Mx4)의 위치 계측을 행한다. 그 때문에, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 X 마크(Mx1∼Mx4)의 위치 계측을 최적의 계측 조건하에서 행할 수 있도록 최적의 얼라이먼트 계측 조건(제2 조건)을 결정하여 설정한다(단계 S221).
본 처리예에 있어서는, Y 마크(My1∼My4)의 위치 계측 시간과 동일하게, 계측 조건으로서(제2 조건의 일례로서), 얼라이먼트 센서(200)에 있어서의 조명광 파장의 최적화를 행하는 것으로 한다. 처리 대상의 웨이퍼(W)에 형성되는 X 마크(Mx1∼Mx4)는 전술한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 적층되어 있는 패턴층(레이어)의 최표층 하나 아래층에 형성된 마크이고, 이것을 적절히 관찰하기 위해서는 최표층을 구성하고 있는 물질에 대하여 투과율이 높은 관찰광(조명광)을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서는, 그와 같은 관찰광은, 예컨대 적색역의 광이였다고 한다. 그 경우, 시스템 컨트롤러(307)는 얼라이먼트 센서(200)의 파장 선택 기구(243)에 있어서, 파장 710∼800 nm의 광속(적색광)을 투과시키는 필터가 선택되도록 파장 선택 기 구(243)의 설정(제어)을 행한다.
계측 조건을 설정하면, 제1∼제4 샘플 쇼트(SA1∼SA4)의 X 마크(Mx1∼Mx4)의 위치 계측(X축 방향의 위치 계측)을 순차 연속하여 행한다(단계 S222∼S225).
Y 마크(My1)의 계측 시간과 동일하게, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트맵에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308)를 통해 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 샘플 쇼트(SA1)에 대하여 설치된 X축 방향의 위치 계측용 X 마크(Mx1)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다. 그리고, 주제어계(300)가 얼라이먼트 센서(200)의 계측 조건을 제어하면서, 최적의 계측 조건으로 X 마크(Mx1)의 촬상을 행하고, 그 위치 계측을 행한다(단계 S222).
즉, Y 마크(My1)를 포함하는 피검지 영역에 광원(241)으로부터 출사되어, 파장 선택 기구(243)의 적색역 필터를 통과한 적색 조명광을 조사한다. 그리고, 피검지 영역으로부터의 반사광을 결상 개구 조리개(249) 및 지표판(252) 등을 통해 촬상 소자(254)로 수광하고, 광전 변환에 의해 촬상 신호를 생성한다. 얻어진 X 마크(Mx1)의 촬상 신호는 얼라이먼트 센서(200)로부터 주제어계(300)에 전송되고, 주제어계(300)의 파형 데이터 기억 장치(302)에 기억된다.
파형 데이터 기억 장치(302)에 기억된 촬상 신호는 FIA 연산 유닛(301)에 의해 판독되고, 단계 S221에서 설정된 신호 처리 조건에 따라, 즉 설정된 처리 알고리즘 및 파라미터에 따라 신호 처리된다. 그 결과, 촬상 신호로부터 X 마크(Mx1)가 추출되고, 그 위치가 검출된다. 검출된 X 마크(Mx1)의 위치 정보(좌표값)는 얼라이 먼트 데이터 기억부(303)에 기억된다. 이것에 의해, 제1 샘플 쇼트(SA1)의 X 마크(Mx1)의 위치 계측 처리가 종료된다.
제1 샘플 쇼트(SA1)의 X 마크(Mx1)의 위치 계측이 종료되면, 다음에, 제2 샘플 쇼트(SA2)의 X 마크(Mx2)의 위치 계측을 행한다(단계 S223). 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트맵에 기초하여, 현재 계측 대상으로 되어 있었던 제1 샘플 쇼트(SA1)의 X 마크(Mx1)의 좌표와, 다음에 계측 대상이 되는 제2 샘플 쇼트(SA2)의 X 마크(Mx2)의 좌표와의 설계값 상의 상대값과, 현재 계측을 행한 제1 샘플 쇼트(SA1)의 X 마크(Mx1)의 위치 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(308)를 통해 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 제2 샘플 쇼트(SA2)의 X 마크(Mx2)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다.
그리고, X 마크(Mx2)가 계측 시야 내에 배치되면, 주제어계(300)가 얼라이먼트 센서(200)의 계측 조건을 제어하면서, 전술한 제1 샘플 쇼트(SA1)의 X 마크(Mx1)의 계측 처리와 동일한 처리에 의해, 최적의 계측 조건에서의 X 마크(Mx2)의 촬상 및 그 위치 계측을 행한다. 이 때, 직전의 계측 대상의 마크는 이번 계측 대상의 마크와 동일한 X축 방향의 얼라이먼트를 행하기 위한 X 마크이기 때문에, 동일한 계측 조건을 적용하여 계측을 행할 수 있다. 즉, 계측 조건을 변경하지 않고, X 마크(Mx1) 다음에 즉시 X 마크(Mx2)의 계측을 행할 수 있다.
동일하게, 제2 샘플 쇼트(SA2)의 X 마크(Mx2)의 위치 계측이 종료되면, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 쇼트맵 데이터부(306)에 기억되어 있는 쇼트 맵에 기초하여 제3 샘플 쇼트(SA3)의 X 마크(Mx3)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시키고, 제3 샘플 쇼트(SA3)의 X 마크(Mx3)의 위치 계측을 행한다(단계 S224). 또한, 제3 샘플 쇼트(SA3)의 X 마크(Mx3)의 위치 계측이 종료되면, 제4 샘플 쇼트(SA4)의 X 마크(Mx4)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시켜, 제4 샘플 쇼트(SA4)의 X 마크(Mx4)의 위치 계측을 행한다(단계 S225).
이상의 처리에 의해, 웨이퍼(W) 상에 설정된 샘플 쇼트(SA1∼SA4)에 대한 각 마크(My1∼My4 및 Mx1∼Mx4)의 위치 계측이 종료된다. 그리고, 계측된 좌표값은 주제어계(300)의 얼라이먼트 데이터 기억부(303)를 통해 연산 유닛(304)에 공급된다. 연산 유닛(304)은 마크 설계상의 좌표값 및 계측된 좌표값으로부터 미리 설정한 소정의 EGA 계산식을 만족하는 파라미터를, 예컨대 최소 제곱법을 이용하여 구한다. 그리고, 연산 유닛(304)은 구한 파라미터 및 각 쇼트 영역(ESi) 설계상의 배열 좌표값을 EGA 계산식에 적용하여, 각 쇼트 영역(ESi) 계산상의 배열 좌표값을 구한다.
그리고, 구한 배열 좌표값에 기초하여 노광 처리를 행한다. 노광 처리를 행하는 데 있어서, 얼라이먼트 센서(200)의 계측 중심과, 투영 광학계(PL)의 노광 필드 내의 기준점과의 간격인 베이스 라인량은 각각 미리 구해져 있다. 여기서, 시스템 컨트롤러(307)는 연산 유닛(304)에서 산출된 배열 좌표에 베이스 라인량의 보정을 행하여 얻어진 계산상의 좌표값에 기초하여, 순차 각 쇼트 영역(ESi)의 위치 결정을 행하고, 각 쇼트 영역에 레티클(R)의 패턴상을 노광한다. 1장의 웨이퍼(W)의 전쇼트 영역에의 노광이 종료되면, 그 웨이퍼(W)의 반출이 행해지고, 동일 로트의 다음 웨이퍼에 대하여 같은 처리를 행한다.
본 처리예에 있어서도 제1 처리예와 동일하게, 레이어마다(바꾸어 말하면 X 마크 및 Y 마크마다, 다시 바꾸어 말하면 X축 방향의 계측과 Y축 방향의 계측마다) 계측 조건을 전환하도록 하여, 각 계측 대상의 마크에 대하여 최적의 조건으로 계측을 할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 각 마크를 적절히 촬상하고, 적절히 그 위치를 계측하고 있으며, 고정밀도로 위치를 계측할 수 있어, 고정밀도인 얼라이먼트를 행할 수 있다. 또한, 본 처리예에 의하면, 일단 Y축 방향의(최표층 상의) 마크의 계측 조건 혹은 X축 방향의(최표층의 하나 아래층 상의) 마크의 계측 조건을 설정하면, 모든 계측 쇼트(샘플 쇼트)의 Y 마크의 계측 혹은 X 마크의 계측을 연속하여 행하고 있다. 따라서, 제1 처리예와 같이 하나의 마크의 계측마다 계측 조건을 변경할 필요가 없고(계측 조건의 변경 동작을 한번만 행하면 좋음), 효율적으로 순차마크의 계측을 행할 수 있다. 즉, 이러한 방법으로 마크의 계측을 행함으로써, 계측 조건의 최적화를 행함으로써 스루풋의 저하를 막을 수 있다.
[제3 처리예]
노광 장치(100)의 제3 처리예로서, 베이스 라인량의 계측 처리에 대해서 설명한다. 웨이퍼(W)의 각 쇼트 영역에 노광을 행하기 위한 웨이퍼 스테이지(109)의 위치 제어에 이용하는 최종적인 위치 정보는 얼라이먼트 센서(200)에 의한 위치 계측 결과에 기초하여 EGA를 행하여 산출한 각 쇼트 영역의 위치 정보를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내의 기준 위치와 투영 광학계의 투영 시야 내의 기준 위치와의 차인 베이스 라인량을 이용하여 보정한 값이 된다. 전술한 제1 처리예 및 제2 처리예에 있어서는, 본 발명에 따른 마크의 계측 방법으로서, 레이어마다(X축 방향 및 Y축 방향으로) 각각 다른 계측 조건으로 마크의 검출 및 위치의 계측을 행하도록 하였지만, 이와 같이 하여 검출한 위치 정보에 대하여 이용하는 베이스 라인량으로서, 얼라이먼트 센서(200)로 사용하는 얼라이먼트 계측 조건과 동일한 계측 조건으로 계측한 베이스 라인량을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 얼라이먼트 센서(200)에 있어서 전술한 바와 같이 X축 방향 및 Y축 방향으로 다른 계측 조건으로 계측을 행하는 경우에는, 이것에 적용하는 베이스 라인량도, 위치 계측시의 계측 조건과 동일한 조건으로 각 계측 조건마다 각각 개별로(레이어마다 혹은 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 별개로) 검출하는 것이 적합하다. 본 처리예에서는 그와 같은 베이스 라인량을 구하는 처리에 대해서 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 제3 처리예로서 도시하는 베이스 라인 계측의 처리 흐름을 도시하는 흐름도이다. 도 9에 흐름도를 도시하는 베이스 라인 계측 처리에 있어서는, 우선, Y축 방향의 베이스 라인량을 산출한다(단계 S311∼S313). 그 때문에, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는, 웨이퍼의 각 쇼트 영역의 Y 마크(Myi)의 위치 계측을 적절히 행하기 위한 얼라이먼트 계측 조건(제어 조건)을 검출하고, 이것과 동일한 계측 조건을 설정한다(단계 S311). 여기서는, 제1 및 제2 처리예와 동일하게, 얼라이먼트 센서(200)의 조명광으로서 광대역의 백색광을 이용하는 취지의 조건이 결정되고, 실제로 얼라이먼트 센서(200)의 조명 파장이 전환된다.
그런 후에, Y축 방향의 베이스 라인의 계측(BCHK: 베이스 라인 체크)을 행한다(단계 S312). 즉, 우선, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)가 웨이퍼 스테이 지(109)를 이동시키고, 웨이퍼 스테이지(109)에 설치되어 있는 기준판(110)의 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)를 레티클 얼라이먼트계(106)의 시야 내에 배치하고, 그 Y축 방향의 위치 정보를 계측한다. 다음에, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 웨이퍼 스테이지(109)에 설치되어 있는 기준판(110)의 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다. 그리고, 주제어계(300)가 얼라이먼트 센서(200)의 계측 조건을 제어하면서, 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)의 Y축 방향의 위치를 계측한다. 또한, 여기서 이용하는 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)는 XY 양축에 공통인 마크(이차원 계측용 마크)라도 좋고, Y축 방향의 계측을 위한 전용 마크(일차원 계측용 마크)라도 좋다.
그리고, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)에 있어서, 계측한 이들의 위치 정보로부터 얼라이먼트 센서(200)의 광축과 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과의 사이의 Y 방향의 거리를 검출하고, Y 방향의 베이스 라인량(BCHK량)으로 한다(단계 S313).
Y축 방향의 베이스 라인량의 산출이 종료되면, X축 방향의 베이스 라인량의 산출을 행한다(단계 S321∼S323). 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 웨이퍼의 각 쇼트 영역의 X 마크(Mxi)의 위치 계측을 적절히 행하기 위한 얼라이먼트 계측 조건(제어 조건)을 검출하고, 이것과 동일한 계측 조건을 설정한다(단계 S321). 여기서는, 제1 및 제2 처리예와 동일하게, 얼라이먼트 센서(200)의 조명광으로서 적색광을 이용하는 취지의 조건이 설정된다.
그런 후에, X축 방향의 베이스 라인의 계측(BCHK: 베이스 라인 체크)을 행한 다(단계 S322). 즉, 우선, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)가 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시키고, 웨이퍼 스테이지(109)에 설치되어 있는 기준판(110)의 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)를 레티클 얼라이먼트계(106)의 시야 내에 배치하며, 그 X축 방향의 위치 정보를 계측한다. 다음에, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)는 웨이퍼 스테이지(109)를 이동시켜, 웨이퍼 스테이지(109)에 설치되어 있는 기준판(110)의 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)를 얼라이먼트 센서(200)의 계측 시야 내에 배치시킨다. 그리고, 주제어계(300)가 얼라이먼트 센서(200)의 계측 조건을 제어하면서, 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)의 X축 방향의 위치를 계측한다. 또한, 여기서 이용하는 웨이퍼 피듀셜 마크(WFM)는 XY 양축에 공통인 마크(이차원 계측 마크)라도 좋고, X축 방향의 계측을 위한 전용 마크(일차원 계측 마크)라도 좋다.
그리고, 주제어계(300)의 시스템 컨트롤러(307)에 있어서, 계측한 이들의 위치 정보로부터 얼라이먼트 센서(200)의 광축과 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과의 사이의 X 방향의 거리를 검출하고, X 방향의 베이스 라인량(BCHK량)으로 한다(단계 S323).
이와 같이 하여 계측된 X축 방향 및 Y축 방향 각각의 베이스 라인량은, 예컨대 전술한 제1 처리예 및 제2 처리예와 같은 X축 방향 및 Y축 방향으로 다른 계측 조건으로 위치 계측을 행하는 경우에, 그 각 방향에 대해서 얼라이먼트 센서(200)로 계측한 위치 정보를 투영 광학계(PL)의 광축(AX)을 기준으로 하는 좌표계의 위치 정보로 변환하는 데 이용된다.
이와 같이, 베이스 라인량을 X축 방향 및 Y축 방향의 각 계측 조건에 따른 조건에 의해 별개로 계측하고, 별개로 유지함으로써, 각 축 방향에 있어서의 마크의 위치 계측 결과에 대하여, 적절히 위치 좌표값의 변환(보정)을 행할 수 있으며, 소위, 베이스 라인의 혼동을 야기시키는 오차를 억제할 수 있다. 따라서, 고정밀도인 얼라이먼트를 행할 수 있다.
[제4 처리예]
전술한 제1 처리예 및 제2 처리예와 같이, 일련의 얼라이먼트 처리 도중에 계측 조건을 전환하는 경우로서, 그 계측 조건의 전환 내용이, 예컨대 파장 선택 기구(243) 필터의 전환이나, 위상차판(264)의 이동이라는 광학적 혹은 기계적(메카니컬적)인 이동을 수반하는 경우에는, 이 전환에 따라 베이스 라인량 등에 오차가 발생할 가능성이 있다. 그와 같은 상태에 대응하기 위해서는, 계측 조건의 전환을 행할 때마다, 로트 내의 처리라도 베이스 라인 계측을 실행하도록 하면 좋다. 베이스 라인 계측을 적절하게 행하면서, 웨이퍼(W)의 각 쇼트 영역의 위치를 EGA 방식에 의해 검출하는 처리에 대해서, 제4 처리예로서 설명한다.
도 10은 제4 처리예로서 도시하는 마크의 위치 계측 방법에 의한 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 이 처리는 기본적으로 전술한 제2 처리예에 도시한 처리예(도 8)와 동일하다. 제4 처리예에 도시하는 처리에 있어서 제2 처리예와 상이한 점은 얼라이먼트 계측 조건의 변경이 있던 경우, 그 직후에, 사용하는 베이스 라인량을 계측하여 고치는 점이다. 구체적으로는, Y축 방향의 베이스 라인량을 재계측하는 단계(단계 S412)와, X축 방향의 베이스 라인량을 재계측하는 단계(단계 S422)가 추가되어 있다. 단계 S412에서는 단계 S411에서 설정된 얼라이먼트 조건 (제1 조건)하에서 베이스 라인량을 계측하고, 단계 S422에서는 단계 S421에서 설정된 얼라이먼트 조건(제2 조건)하에서 베이스 라인량을 계측한다. 베이스 라인량의 계측 수법은 도 9를 참조하여 이미 설명한 바와 같으며, 그 밖의 단계에 대해서는 도 8을 참조하여 이미 설명한 바와 같기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
이와 같이, 얼라이먼트 센서(200)의 계측 조건의 변경이 있을 때마다 베이스 라인 계측을 행함으로써, 계측 조건의 전환에 의해 베이스 라인 등에 근소한 변동이 발생한 경우라도, 즉시 이것에 대응할 수 있고, 결과로서 마크의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있으며, 고정밀도인 얼라이먼트를 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태는 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 기재된 것으로서, 본 발명을 하등 한정하는 것은 아니다. 본 실시 형태에 개시된 각 요소는, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하고, 또한 임의로 적합한 여러 가지의 개변이 가능하다.
예컨대, 노광 장치(100)의 구성, 얼라이먼트 센서(200)의 구성, 주제어계(300)의 구성은 각각, 도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 구성에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태에서는 얼라이먼트 센서(200)로서, 오프 액시스 방식의 FIA계(결상식의 얼라이먼트 센서)를 이용하는 경우에 대해서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고 어떠한 방식의 마크 검출계를 이용하여도 상관없다. 즉, TTR(Through The Reticle) 방식」 TL(Through The Lens) 방식, 또한 오프 액시스 방식 중 어떠한 방식이어도 또한, 검출 방식이 FIA계 등으로 채용되는 결상 방식 (화상 처리 방식)이외에, 예컨대 회절광 또는 산란광을 검출하는 방식 등이어도 상관없다. 예컨대, 웨이퍼 상의 얼라이먼트 마크에 코히런트빔을 대략 수직으로 조사하고, 상기 마크로부터 발생하는 동차수의 회절광(±1차, ±2차, …, ±n차 회절광)을 간섭시켜 검출하는 얼라이먼트계라도 좋다. 이 경우, 차수마다 회절광을 독립적으로 검출하고, 적어도 하나의 차수에서의 검출 결과를 이용하도록 하여도 좋으며, 파장이 다른 복수의 코히런트빔을 얼라이먼트 마크에 조사하고, 파장마다 각 차수의 회절광을 간섭시켜 검출하여도 좋다.
또한, 본 발명은 상기 각 실시 형태와 같이, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치에 한정되지 않고, 스텝·앤드·리피트 방식, 또는 프록시미티 방식의 노광 장치(X선 노광 장치 등)를 비롯한 각종 방식의 노광 장치에도 완전 동일하게 적용이 가능하다. 또한, 노광 장치에서 이용하는 노광용 조명광(에너지빔)은 자외광에 한정되는 것이 아니고, X 선(EUV 광을 포함함), 전자선이나 이온빔 등의 하전 입자선 등이어도 좋다. 또한, DNA칩, 마스크 또는 레티클 등의 제조용에 이용되는 노광 장치라도 좋다.
본 개시는 2004년 4월 23일에 제출된 일본 특허 출원 제2004-128536호에 포함된 주제에 관련되며, 그 개시의 전부는 여기에 참조 사항으로서 명백히 삽입된다.

Claims (14)

  1. 소정 기판 상에 형성되고, 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측계를 이용하여 계측하는 계측 방법으로서,
    상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는 상기 계측계의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하는 제1 공정과;
    상기 소정 기판 상의 상기 제1 마크의 모두를 상기 제1 조건하에서 계측한 후에, 상기 계측 조건을 상기 제1 조건으로부터 제2 조건으로 전환하여 설정하는 제2 공정과;
    상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제2 마크의 모두를 상기 제2 조건하에서 계측하는 제3 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  2. 소정 기판 상에 형성되고, 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측계를 이용하여 계측하는 계측 방법으로서,
    상기 소정 기판 상의 상기 제1 마크를 계측할 때에는, 상기 계측계의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하는 제1 공정과;
    상기 소정 기판 상의 상기 제2 마크를 계측할 때에는, 상기 계측계의 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 제2 공정과;
    상기 계측계에 의한 계측시의 기준 위치와, 상기 기판에 대하여 원하는 처리를 행하는 처리계에 있어서 상기 처리를 실시할 때의 위치를 규정하는 기준 위치와의 간격인 베이스 라인량을, 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건마다 각각 계측하는 제3 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3 공정에 있어서 상기 계측 조건마다의 상기 베이스 라인량의 계측은, 상기 계측 조건이 전환될 때마다 실행되고,
    상기 설정된 계측 조건하에서 각각의 계측 결과와, 상기 설정된 계측 조건에 각각 대응하는 상기 베이스 라인량에 기초하여 상기 처리계에 있어서 상기 처리를 행할 때의 상기 기판의 목표 이동 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계측 조건은 상기 마크를 조명하는 조명빔의 조명 조건, 상기 조명빔으로 조명된 마크로부터 발생하는 빔을 수광할 때의 수광 조건 및 상기 마크로부터 발생하는 빔을 수광하여 얻은 광전 변환 신호를 처리할 때의 신호 처리 조건 중 적어도 하나의 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 계측계는 상기 조명빔을 상기 마크 상에 조사하는 조명 광학계와, 상기 마크로부터 발생한 빔을 수광하는 수광 광학계를 구비하고 있으며,
    상기 조명 조건은 상기 조명빔의 파장, 광량 및 상기 조명 광학계의 NA 또는 σ 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 수광 조건은 상기 수광 광학계의 광로 내에, 상기 마크로부터 발생하는 소정 차수의 회절빔에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 위상 부여 부재를 배치시킨 상태와, 상기 위상 부여 부재를 상기 광로 밖으로 후퇴시킨 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  6. 소정 기판 상에 형성되고, 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를, 상기 마크 상에 조명빔을 조사하는 조명 광학계와, 상기 마크로부터의 빔을 수광하는 수광 광학계를 구비하는 계측계를 이용하여 계측하는 계측 방법으로서,
    상기 계측계는 상기 마크를 계측할 때에 변경 가능한 계측 조건으로서, 상기 조명빔의 광량, 상기 조명 광학계의 NA 또는 σ, 상기 마크로부터 발생하는 소정 차수의 회절빔에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 위상 부여 부재의 상기 수광 광학계 광로 내부로의 삽입 또는 후퇴, 상기 마크로부터 발생하는 빔을 수광하여 얻은 광전 변환 신호를 처리할 때의 신호 처리 조건 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 소정 기판 상의 제1 마크를 계측할 때에는, 상기 계측계의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하고,
    상기 소정 기판 상의 상기 제2 마크를 계측할 때에는, 상기 계측계의 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 마크는 상기 기판 상에 적층된 제1 레이어 상에 형성된 마크이며,
    상기 제2 마크는 상기 기판 상에 적층되고, 상기 제1 레이어와는 다른 제2 레이어 상에 형성된 마크인 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 마크는 2차원 평면 내의 소정 방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 측정하기 위해 형성된 마크이며,
    상기 제2 마크는 상기 2차원 평면 내의 상기 소정 방향과 직교하는 방향에서 상기 기판의 위치를 측정하기 위해 형성된 마크인 것을 특징으로 하는 계측 방법.
  9. 마스크 상에 형성된 패턴을 기판 상에 전사하는 노광 방법으로서,
    상기 마스크 또는 상기 기판 중 적어도 어느 한쪽에 대해서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재한 계측 방법에 의해, 상기 마스크 또는 상기 기판에 형성된 마크의 위치를 계측하고, 상기 계측 결과에 기초하여 상기 마스크 또는 상기 기판의 위치 결정을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재한 계측 방법에 의해, 물체 상의 계측 대상을 계측하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  11. 소정 기판 상에 형성되고, 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측하는 계측 장치로서,
    상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는 상기 계측 장치의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하고, 상기 복수의 제2 마크를 계측할 때에는 상기 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 조건 설정 수단과;
    상기 소정 기판 상의 상기 제1 마크의 모두를 상기 제1 조건하에서 계측한 후에, 상기 계측 조건을 상기 제1 조건으로부터 제2 조건으로 전환하여 설정하도록 상기 조건 설정 수단을 제어하는 제어 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  12. 소정 기판 상에 형성되고, 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측하는 계측 장치로서,
    상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는 상기 계측 장치의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하고, 상기 복수의 제2 마크를 계측할 때에는 상기 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 조건 설정 수단과;
    상기 계측 장치에 의한 계측시의 기준 위치와, 상기 기판에 대하여 원하는 처리를 행하는 처리 장치에 있어서 상기 처리를 실시할 때의 위치를 규정하는 기준 위치와의 간격인 베이스 라인량을, 상기 설정된 계측 조건마다 각각 유지하는 유지 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  13. 소정 기판 상에 형성되고, 피계측 대상으로 되어 있는 복수의 제1 마크 및 상기 제1 마크와는 다른 복수의 제2 마크를 계측하는 장치이며, 상기 마크 상에 조명빔을 조사하는 조명 광학계와, 상기 마크로부터 빔을 수광하는 수광 광학계를 구비한 계측 장치로서,
    상기 마크를 계측할 때에 변경 가능한 상기 계측 장치의 계측 조건으로서, 상기 조명빔의 광량, 상기 조명 광학계의 NA 또는 σ, 상기 마크로부터 발생하는 소정 차수의 회절빔에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 위상 부여 부재의 상기 수광 광학계 광로 내부로의 삽입 또는 후퇴, 상기 마크로부터 발생하는 빔을 수광하여 얻은 광전 변환 신호를 처리할 때의 신호 처리 조건 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 소정 기판 상에 있어서 상기 피계측 대상으로 되어 있는 상기 마크 중 상기 복수의 제1 마크를 계측할 때에는 상기 계측 장치의 계측 조건을 제1 조건으로 설정하고, 상기 복수의 제2 마크를 계측할 때에는 상기 계측 조건을 상기 제1 조건과는 다른 제2 조건으로 설정하는 조건 설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  14. 마스크 상에 형성된 패턴을 기판 상에 전사하는 노광 장치로서,
    상기 마스크 또는 상기 기판 중 적어도 어느 한쪽에 대해서, 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재한 계측 장치를 이용하여, 상기 마스크 또는 상기 기판에 형성된 마크의 위치를 계측하고, 상기 계측 결과에 기초하여 상기 마스크 또는 상기 기판의 위치 결정을 행하는 위치 결정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
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