KR20220110074A - 계측장치, 리소그래피 장치 및 물품의 제조방법 - Google Patents

계측장치, 리소그래피 장치 및 물품의 제조방법 Download PDF

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KR20220110074A
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 대상물에 설치된 제1패턴의 위치 및 제2패턴의 위치를 계측하는 계측장치로서, 제1패턴으로부터의 빛과 제2패턴으로부터의 빛을 검출하는 복수의 화소를 포함하고, 복수의 화소에 의해 제1패턴 및 제2패턴을 촬상하기 위해 사용된 촬상 영역을 형성하도록 구성된 촬상부와, 제1 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 제1패턴의 검출 신호의 강도와 제2 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 제2패턴의 검출 신호의 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 촬상부를 조정하도록 구성된 제어부를 구비한 계측장치를 제공한다.

Description

계측장치, 리소그래피 장치 및 물품의 제조방법{MEASUREMENT APPARATUS, LITHOGRAPHY APPARATUS AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 계측장치, 리소그래피 장치 및 물품의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적회로의 고집적화 및 미세화로 인해, 기판 위에 형성해야 할 패턴의 선폭이 매우 작아졌다. 이 때문에, 기판 위에 패턴(레지스트 패턴)을 형성하는 리소그래피 공정에는 더욱 더 미세화가 요구되고 있다. 리소그래피 공정에서 사용되는 스텝 앤드 리피트 방식의 노광장치나 스텝 앤드 스캔 방식의 노광장치에서는, 원판으로부터의 빛(노광 광)을 투영 광학계를 거쳐 기판 위의 소정의 위치에 결상시킴으로써, 기판 위에 패턴을 형성한다. 따라서, 패턴의 미세화의 요구를 만족시키기 위해서는, 원판과 기판의 상대 위치를 고정밀도로 위치맞춤하는 것이 중요하게 된다. 또한, 패턴의 미세화에 따라, 기판 위에 형성된 패턴들 사이의 중첩 오차의 계측에 있어서도, 기판 위의 다른 층들에 형성된 패턴을 고정밀도로 계측하는 것이 중요하다.
노광장치에서는, 일반적으로, 노광에 앞서, 기판 위의 숏 영역에 대응해서 설치되어 있는 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하고, 이러한 계측 결과로부터 숏 영역의 배열(격자 배열)을 구해 위치맞춤을 행하는 글로벌 얼라인먼트가 행해지고 있다. 글로벌 얼라인먼트에 대해, 계측 정밀도의 향상과 계측 시간의 단축을 양립시키기 위해, 촬상 소자의 시야에 판독 영역을 설정해서 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하는 기술이 일본국 특허 제5550253호 공보에 제안되어 있다.
일본국 특허 제5550253호 공보에는, 촬상 소자의 해상도 및 판독 영역의 설정을 변경하여, 복수의 마크 요소로 구성되는 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술에서는, 저해상도의 광범위한 마크 검출과, 고해상도의 좁은 범위의 마크 검출을 순차 행함으로써, 기판 위의 얼라인먼트 마크를 고속 및 고정밀도로 계측하는 것을 가능하게 하고 있다.
기판 위에 형성된 다른 층들 사이의 중첩 오차를 계측하는 중첩 계측에 있어서는, 하층에 형성된 패턴과 상층에 형성된 패턴을 동시에 관찰해서 상하층의 패턴의 상대 위치를 계측한다. 중첩 계측에 대해서는, 계측 정밀도의 향상과 계측 시간의 단축을 양립시키기 위해, 촬상 소자로부터의 출력 화상에 대해 처리 영역을 설정해서 패턴의 상대 위치 정보를 취득하는 기술이 일본국 특허 제5180419호 공보에 제안되어 있다.
일본국 특허 제5180419호 공보에는, 촬상 소자로부터의 출력 화상에 있어서의 복수의 패턴에 대해 복수의 처리 영역을 설정하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술에서는, 복수의 처리 영역의 각각의 패턴에 대응하는 신호를 생성함으로써, 기판 위의 다른 층들에 형성된 복수의 패턴의 상대 위치를 고속 및 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다.
그렇지만, 관련기술은, 기판에 있어서의 반사율의 차이에 기인하여 동일한 층 혹은 다른 층들에 있어서의 패턴 사이에서 검출 광의 강도가 변할 때, 계측 정밀도의 저하와 계측 에러에 의해 생산성이 저하될 수 있다는 과제를 갖고 있다.
본 발명은, 대상물에 설치된 패턴의 위치를 계측하는데 유리한 계측장치를 제공한다.
본 발명의 일면에 따르면, 대상물에 설치된 제1패턴의 위치 및 제2패턴의 위치를 계측하는 계측장치로서, 상기 제1패턴으로부터의 빛과 상기 제2패턴으로부터의 빛을 검출하는 복수의 화소를 포함하고, 상기 복수의 화소에 의해 상기 제1패턴 및 상기 제2패턴을 촬상하기 위해 사용된 촬상 영역을 형성하도록 구성된 촬상부와, 상기 촬상부를 제어하여, 상기 촬상부로부터의 출력에 근거하여 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치를 구하도록 구성된 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치에 근거하여, 상기 촬상 영역에 있어서 상기 제1패턴을 촬상하기 위해 사용된 제1 촬상 영역과 상기 제2패턴을 촬상하기 위해 사용된 제2 촬상 영역을 설정하고, 상기 제1 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 상기 제1패턴의 검출 신호의 강도와 상기 제2 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 상기 제2패턴의 검출 신호의 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 상기 촬상부를 조정하는 계측장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징은 첨부도면을 참조하는 이하의 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1a 내지 도1c는, 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 계측장치를 설명하기 위한 도면이다.
도2a 및 도2b는 중첩 오차를 계측하는 계측 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도3a 내지 도3c는 관련기술에 있어서의 과제를 설명하기 위한 도면이다.
도4a 및 도4b는, 제1실시형태에 있어서의 중첩 오차를 계측하는 계측 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도5는, 제1실시형태에 있어서의 중첩 오차를 계측하는 계측 처리의 시퀀스를 설명하기 위한 플로우차트다.
도6a 및 도6b는, 도5에 나타낸 스텝 S154에서 행해지는 구체적인 감도 보정값의 산출 수법을 설명하기 위한 도면이다.
도7a 및 도7b는, 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 노광장치를 설명하기 위한 도면이다.
도8은 기판을 노광하는 노광 처리의 시퀀스를 설명하기 위한 플로우차트다.
도9a 내지 도9c는, 제2실시형태에 있어서의 마크의 위치를 계측하는 계측 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도10a 내지 도10c는 제3실시형태에 있어서의 마크의 위치를 계측하는 계측 처리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부도면을 참조해서 실시형태를 상세히 설명한다. 이때, 이하의 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이들 복수의 특징의 모두가 발명에 필수적인 것은 아니며, 또한, 복수의 특징은 임의로 조합되어도 된다. 또한, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에 동일한 참조번호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
<제1실시형태>
도1a는, 본 발명의 일측면으로서의 계측장치(100)의 구성을 도시한 개략도다. 계측장치(100)는, 기판(73)에 있어서의 중첩 오차, 구체적으로는, 기판 위(대상물 위)의 다른 층들에 설치된 복수의 패턴의 상대 위치를 계측하는 중첩 계측장치(중첩 검사장치)이다. 계측장치(100)는, 도1a에 나타낸 것과 같이, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS와, 계측부(50)와, 제어부(1100)를 갖는다.
기판(73)은 계측장치(100)에 의해 중첩 오차가 계측되는 대상물이다. 기판(73)은, 예를 들면, 반도체 소자나 액정 표시 소자 등의 디바이스를 제조하는데 사용되는 기판으로서, 구체적으로는, 웨이퍼, 액정 기판, 그 밖의 피처리 기판 등을 포함한다.
기판 스테이지 WS는, 기판 척(미도시)을 거쳐 기판(73)을 유지하고, 기판 구동기구(미도시)에 접속되어 있다. 기판 구동기구는, 리니어 모터 등을 포함하고, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 및 각 축 주위의 회전 방향으로 기판 스테이지 WS를 구동함으로써, 기판 스테이지 WS에 유지된 기판(73)을 이동시킬 수 있다. 기판 스테이지 WS의 위치는, 예를 들면, 6축의 레이저 간섭계(81) 등으로 감시되고, 제어부(1100)의 제어하에서, 기판 스테이지 WS는 소정의 위치로 구동된다.
제어부(1100)는, CPU, 메모리 등을 포함하는 컴퓨터(정보 처리장치)로 구성되고, 예를 들면, 기억부에 기억된 프로그램에 따라 계측장치(100)의 각 부를 총괄적으로 제어해서 계측장치(100)를 동작시킨다. 제어부(1100)는, 본 실시형태에서는, 계측장치(100)에 있어서의 계측 처리와 계측장치(100)에 의해 얻어진 계측값의 보정처리(연산 처리)를 제어한다.
도1b를 참조하여, 계측부(50)의 구성에 대해 설명한다. 계측부(50)는, 광원(61)으로부터의 빛을 사용해서 기판(73)을 조명하는 조명계와, 기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)으로부터의 빛을 촬상 소자(75)에 결상하는(계측 패턴(72)의 상을 형성하는) 결상계(검출계)를 포함한다. 촬상 소자(75)는, 계측 패턴(72)으로부터의 빛을 검출하는 복수의 화소를 포함하고, 이러한 복수의 화소를 사용하여 계측 패턴(72)을 촬상하기 위한 촬상 영역을 형성하는 촬상부로서 기능한다. 여기에서, 계측 패턴(72)은 기판(73)의 중첩 오차를 계측하기 위한 패턴일 수 있다.
도1b를 참조하면, 광원(61)으로부터의 빛은 조명 광학계 62 및 63을 거쳐 기판(73)과 광학적으로 공역의 위치에 배치된 조명 개구 조리개(64)로 이끌어진다. 조명 개구 조리개(64)에서의 광속 직경은, 광원(61)에서의 광속 직경보다도 작다. 조명 개구 조리개(64)를 통과한 빛은, 조명 광학계 66, 미러 M2 및 조명 광학계 67을 거쳐, 편광 빔 스플리터(68)로 이끌어진다. 편광 빔 스플리터(68)는, X방향에 평행한 P편광의 빛을 투과하고, Y방향에 평행한 S편광의 빛을 반사한다. 편광 빔 스플리터(68)를 투과한 P편광의 빛은 개구 조리개(69)를 거쳐 λ/4판(70)을 통과해서, 원편광으로 변환되고, 대물광학계(71)를 거쳐, 기판(73)에 설치된 계측 패턴(72)을 쾰러 조명한다.
이때, 조명계에는 광량 조정부(미도시)와 파장 조정부(미도시)를 설치해도 된다. 예를 들면, 광원(61)으로부터의 빛에 대해 투과율이 서로 다른 복수의 ND 필터를 전환가능한 광량 조정부를 제어함으로써, 기판(73)을 조명하는 빛의 강도를 고정밀도로 조정할 수 있다. 또한, 광원(61)으로부터의 빛의 파장 특성이 서로 다른 광속을 투과하는 복수의 파장 필터를 전환가능한 파장 조정부를 제어함으로써, 기판(73)을 조명하는 빛의 파장을 조정(변경)할 수 있다.
기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)에 의해 반사, 회절 및 산란된 빛은, 대물광학계(71)를 거쳐, λ/4판(70)을 통과해서 개구 조리개(69)로 이끌어진다. 여기에서, 계측 패턴(72)으로부터의 빛의 편광 상태는, 계측 패턴(72)을 조명하는 원편광과는 역회전의 원편광이 된다. 따라서, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 편광 상태가 우회전의 원편광이면, 계측 패턴(72)으로부터의 빛의 편광 상태는 좌회전의 원편광이 된다. λ/4판(70)을 통과해서 원편광으로부터 S편광으로 변환된 빛은, 개구 조리개(69)를 통과하고, 편광 빔 스플리터(68)에서 반사되어, 결상광학계(74)를 거쳐 촬상 소자(75)로 이끌어진다.
이렇게, 계측부(50)에서는, 편광 빔 스플리터(68)가, 기판(73)을 조명하는 빛의 광로와 기판(73)으로부터의 빛의 광로를 분리하여, 기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)의 상이 촬상 소자(75)에 형성된다. 제어부(1100)는, 레이저 간섭계(81)에 의해 얻어지는 기판 스테이지 WS의 위치 정보와, 계측 패턴(72)의 상을 검출해서 얻어지는 검출 신호의 파형에 근거하여, 계측 패턴(72)을 구성하는 패턴 요소의 위치와 계측 패턴(72)의 위치를 취득한다.
이때, 계측부(50)의 결상계에 있어서는, 편광 빔 스플리터(68)와 촬상 소자(75) 사이에 복수의 렌즈를 배치함으로써, 검출 개구 조리개를 구성해도 된다. 또한, 조명 개구 조리개(64) 및 검출 개구 조리개의 각각에, 조명계 및 결상계에 대해 다른 개구수를 설정가능한 복수의 개구 조리개를 설치하고, 이러한 복수의 개구 조리개를 전환가능하게 해도 된다. 이에 따라, 조명계의 개구수와 결상계의 개구수의 비를 나타내는 계수인 σ값을 조정하는 것이 가능해진다.
도1c는, 기판(73)에 설치되는 계측 패턴(72)의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 기판(73)은, 본 실시형태에서는, 최하층(73B), 제1층(73L) 및 제2층(73U)의 3개의 층으로 구성되어 있는 기판이다. 계측 패턴(72)은, 제1층(73L)에 설치된 제1패턴 P1, 및, 제2층(73U)에 설치된 제2패턴 P2로 구성되어 있다. 제1패턴 P1은 4개의 패턴 요소 P1a, P1b, P1c 및 P1d를 포함하고, 제2패턴 P2는 4개의 패턴 요소 P2a, P2b, P2c 및 P2d를 포함한다.
계측장치(100)는, 계측 패턴(72), 구체적으로는, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 각각으로부터의 빛(반사광 및 산란광)을 촬상 소자(75)(계측부(50))에 의해 검출한다. 계측 패턴(72)으로부터의 빛을 검출하는 방식으로서는, 예를 들면, 조명 개구 조리개(64)와 검출 개구 조리개(조명계 및 결상계의 개구수)를 제어하여, 계측 패턴(72)으로부터의 0차 회절광을 차폐하고 고차 회절광 및 산란광 만을 검출하는 암 시야 검출을 사용해도 된다.
도2a 및 도2b)을 참조하여, 계측장치(100)의 일반적인 동작으로서, 기판(73)에 있어서의 중첩 오차를 계측하는 계측 처리, 즉, 계측 패턴(72)을 구성하는 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치를 계측하는 계측 처리에 대해 설명한다.
도2a는, 도1b에 나타낸 촬상 소자(75)의 촬상 영역(촬상면 또는 검출면) 위에 형성되는 계측 패턴(72)의 상을 도시한 도면이다. 촬상 소자(75)로서는, X방향 및 Y방향으로 배열된 복수의 화소로 구성된 촬상 영역을 갖는 2차원 촬상 소자가 사용된다. 제어부(1100)는, 촬상 소자(75)로부터의 출력(촬상 화상)에 근거하여, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2에 대응하는 파형을 포함하는 검출 신호를 생성한다.
도2b는, 도2a에 나타낸 계측 패턴(72)의 상을 촬상 소자(75)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 생성된 검출 신호 SW의 일례를 도시한 도면이다. 검출 신호 SW는, 도2a에 나타낸 계측 패턴(72)의 상을 포함하는 촬상 화상에서 촬상 소자(75)의 각 화소의 신호 강도를 Y방향으로 적산함으로써 생성된다. 이때, 촬상 소자(75)의 각 화소의 신호 강도의 적산에 관해서는, 계측 패턴(72)의 치수 정보에 근거하여 적산할 화소수가 설정되는 것이 바람직하다.
도2b를 참조하면, 검출 신호 SW에 포함되는 파형 S1은 제1패턴 P1의 신호 강도(의 변화)에 대응하고, 검출 신호 SW에 포함되는 파형 S2는 제2패턴 P2의 신호 강도(의 변화)에 대응한다. 제어부(1100)는, 파형 S1으로부터 제1패턴 P1의 중심 위치를 나타내는 계측값 X1을 구하고, 파형 S2로부터 제2패턴 P2의 중심 위치를 나타내는 계측값 X2를 구한다. 그리고, 예를 들면, 계측값 X1과 계측값 X2의 차이를 구함으로써, 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 X방향에 있어서의 상대 위치 어긋남이 취득된다.
이때, 중첩 오차로서 Y방향에 있어서의 상대 위치 어긋남을 계측하는 경우에는, 길이 방향이 X방향과 일치하고, 또한, Y방향을 따라 배열된 복수의 패턴 요소를 각각 포함하는 제1패턴 및 제2패턴으로 구성되는 계측 패턴을 사용하면 된다. 그리고, 이러한 계측 패턴의 상을 포함하는 촬상 화상의 검출 신호를, 각 화소의 신호 강도를 X방향으로 적산함으로써 생성하고, 제1패턴의 계측값 및 제2패턴의 계측값의 차이로부터 Y방향에 있어서의 상대 위치 어긋남을 취득한다.
여기에서, 기판(73)에 있어서 제1층(73L)과 제2층(73U) 사이에서 반사율의 차이가 큰 경우, 촬상 소자(75)에 의해 검출되는 제1패턴 P1에 대응하는 광강도(검출 광의 강도)와 제2패턴 P2에 대응하는 광강도 사이에 차이가 생긴다. 이하에서는, 관련기술에 있어서, 제1패턴 P1에 대응하는 광강도와 제2패턴 P2에 대응하는 광강도 사이에 차이가 존재하는 경우에 발생되는 과제, 구체적으로는, 계측 정밀도의 저하 또는 계측 에러에 기인한 생산성의 저하에 대해 설명한다.
도3a는, 제1층(73L)과 제2층(73U) 사이에 반사율의 차이가 큰 경우에, 촬상 소자(75)의 촬상 영역 위에 형성되는, 계측 패턴(72)의 상, 구체적으로는, 제1패턴 P1의 상 P13 및 제2패턴 P2의 상 P23을 도시한 도면이다. 도3b는, 도3a에 나타낸 계측 패턴(72)의 상을 촬상 소자(75)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 생성되는 검출 신호 SW30의 일례를 도시한 도면이다.
도3b를 참조하면, 검출 신호 SW30에 포함되는 파형 S130은 제1패턴 P1의 신호 강도(의 변화)에 대응하고, 검출 신호 SW30에 포함되는 파형 S230은 제2패턴 P2의 신호 강도(의 변화)에 대응한다. 도3b에 나타낸 것과 같이, 제1층(73L)과 제2층(73U) 사이에 반사율의 차이가 크고, 제1패턴 P1의 신호 강도(파형 S130)가 낮은 경우, 파형 S130은, 파형 S230에 비해, 노이즈 강도에 대한 상대적으로 더 높은 전기적인 노이즈를 갖는다. 이러한 경우, 파형 S230으로부터 제2패턴 P2의 중심 위치를 나타내는 계측값 X230을 고정밀도로 구하는 것은 가능하지만, 파형 S130으로부터 제1패턴 P1의 중심 위치를 나타내는 계측값 X130을 고정밀도로 구하는 것은 곤란하다.
도3c는, 제1패턴 P1의 신호 강도를 높게 하기 위해서, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 광량을 크게 한 경우에, 계측 패턴(72)의 상을 촬상 소자(75)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 생성된 검출 신호 SW31의 일례를 도시한 도면이다. 도3c를 참조하면, 검출 신호 SW31에 포함되는 파형 S131은 제1패턴 P1의 신호 강도(의 변화)에 대응하고, 검출 신호 SW31에 포함되는 파형 S231은 제2패턴 P2의 신호 강도(의 변화)에 대응한다.
이때, 계측장치(100)에 있어서는, 계측부(50)의 조명계에 설치된 광량 조정부(ND필터)나 광원(61)으로부터의 출력을 제어하거나, 촬상 소자(75)의 축적 시간을 제어하는 것에 의해, 계측 패턴(72)으로부터의 신호 강도를 조정하는 것이 가능하다. 촬상 소자(75)의 관찰 시야, 즉, 촬상 영역 전체의 신호 강도를 높게 하면, 파형 S131에서의 신호 강도는 파형 S130에서의 신호 강도보다도 높아지지만, 파형 S231에서의 신호 강도도 높아진다. 이에 따라, 파형 S231에서의 신호 강도가 촬상 소자(75)에 의해 검출가능한 레벨을 초과하여, 예를 들면, 포화 레벨에 도달하는 경우에는, 파형 S231로부터 제2패턴 P2의 중심 위치를 나타내는 계측값 X230을 고정밀도로 구하는 것이 곤란해진다.
또한, 계측장치(100)에 있어서, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 광량을 변경하면서 복수회의 계측을 행하고, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2로부터 파형 S131 및 파형 S230의 각각을 취득하는 것도 생각된다. 이에 따라, 파형 S131 및 S230의 각각에서의 신호 강도가 촬상 소자(75)의 포화 레벨에 도달하지 않는다. 따라서, 파형 S131로부터 제1패턴 P1의 중심 위치를 나타내는 계측값 X130을 고정밀도로 구하고, 파형 S231로부터 제2패턴 P2의 중심 위치를 나타내는 계측값 X230을 고정밀도로 구하는 것이 가능해진다. 단, 이 경우, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 광량을 변경하면서 복수회의 계측을 행할 필요가 있기 때문에, 계측 시간의 증대로 인해 생산성이 저하하거나, 시간 경과(경시 변화)에 의해 계측 정밀도가 저하될 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 제1층(73L)과 제2층(73U) 사이에서 반사율의 차이가 큰 경우에도, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 각각의 중심 위치를 나타내는 계측값을 고정밀도로 구하는 것이 가능한 기술을 제안한다. 구체적으로는, 계측 패턴(72)의 위치에 근거하여, 촬상 소자(75)의 촬상 영역에 있어서, 적어도 2개의 다른 촬상 영역, 예를 들면, 제1패턴 P1을 촬상하기 위한 제1 촬상 영역과 제2패턴 P2를 촬상하기 위한 제2 촬상 영역을 설정한다. 또한, 제1 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 제1패턴 P1의 검출 신호의 강도와, 제2 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 제2패턴 P2의 검출 신호의 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 촬상 소자(75)를 조정한다. 촬상 소자(75)의 조정으로서는, 예를 들면, 촬상 소자(75)의 복수의 화소의 각각의 감도를 설정한다. 그리고, 다른 감도가 설정된 촬상 소자(75)로부터의 출력에 근거하여, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 위치로서, 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치(중첩 오차)를 구한다.
도4a 및 도4b를 참조하여, 본 실시형태에 있어서, 기판(73)에 있어서의 중첩 오차를 계측하는 계측 처리, 즉, 계측 패턴(72)을 구성하는 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치를 계측하는 계측 처리에 대해 설명한다. 도4a는, 제1층(73L)과 제2층(73U) 사이에 반사율의 차이가 큰 경우에, 촬상 소자(75)의 촬상 영역 위에 형성되는 계측 패턴(72)의 상, 구체적으로는, 제1패턴 P1의 상 P13 및 제2패턴 P2의 상 P23을 도시한 도면이다. 도4a에 나타낸 것과 같이, 제어부(1100)는, 계측 패턴(72)의 위치에 근거하여, 촬상 소자(75)의 촬상 영역에서, 제1패턴 P1의 상 P13을 포함하도록 제1 촬상 영역 R13을 설정하고, 제2패턴 P2의 상 P23을 포함하도록 제2 촬상 영역 R23을 설정한다. 다음에, 제어부(1100)는, 제1 촬상 영역 R13으로부터의 출력에 근거하여 생성된 제1패턴 P1의 신호 강도와, 제2 촬상 영역 R23으로부터의 출력에 근거하여 생성된 제2패턴 P2의 신호 강도를 구한다. 다음에, 제어부(1100)는, 제1패턴 P1의 신호 강도와 제2패턴 P2의 신호 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 촬상 소자(75)의 복수의 화소, 구체적으로는, 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23의 각각에 대한 감도 보정값을 구한다. 제어부(1100)는, 촬상 소자(75)의 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23에 대해, 각각의 감도 보정값에 근거해서 서로 다른 감도를 설정한다.
도4b는, 도4a에 나타낸 계측 패턴(72)의 상을, 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23에 대해 서로 다른 감도가 설정된 촬상 소자(75)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 생성되는 검출 신호 SW3의 일례를 도시한 도면이다. 도4b를 참조하면, 검출 신호 SW3에 포함되는 파형 S13은 제1패턴 P1의 신호 강도(의 변화)에 대응하고, 검출 신호 SW3에 포함되는 파형 S23은 제2패턴 P2의 신호 강도(의 변화)에 대응한다. 본 실시형태에서는, 제1 촬상 영역 R13에 포함되는 화소에 대해, 제2 촬상 영역 R23에 포함되는 화소보다도 높은 감도를 설정함으로써, 파형 S13에서의 신호 강도의 저하, 및 파형 S23에서의 신호 강도의 포화를 회피하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 파형 S13으로부터 제1패턴 P1의 중심 위치를 나타내는 계측값 X13을 고정밀도로 구하고, 파형 S23으로부터 제2패턴 P2의 중심 위치를 나타내는 계측값 X23을 고정밀도로 구할 수 있다.
촬상 소자의 감도의 증가에 대해, 신호 강도와 노이즈의 증가율에는 차이가 있다. 구체적으로는, 신호 강도가, 촬상 소자의 감도의 증가에 비례해서 증대하지만, 노이즈에 대해서는, 촬상 소자의 감도의 설정값에 따라 노이즈의 증폭이 변화한다. 이것은, 촬상 소자의 감도에 의해 영향을 받지 않는 숏 노이즈를 포함하기 때문이다. 일반적으로, 노이즈 N은, 촬상 소자의 감도에 따라 변화하는 판독 노이즈 Nr 및 암전류 노이즈 Nd와, 촬상 소자의 감도에 영향을 받지 않는 숏 노이즈 Ns를 사용하여, 이하의 식 (1)로 표시된다.
Figure pat00001
따라서, 촬상 소자에 있어서 검출가능한 신호 강도(레벨)를 실현하면서, 노이즈 증대로 인한 계측 정밀도의 저하를 회피하도록 촬상 소자의 감도를 설정함으로써, 계측값 X130에 비해, 계측값 X13을 고정밀도로 구할 수 있다.
도5를 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 중첩 오차, 즉, 계측 패턴(72)을 구성하는 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치를 계측하는 계측 처리의 시퀀스에 대해 설명한다. 상기한 바와 같이, 이러한 계측 처리는, 제어부(1100)가 계측장치(100)의 각 부를 총괄적으로 제어함으로써 행해진다.
중첩 오차를 계측하는 계측 처리가 개시되면, 우선, 계측부(50)의 촬상 소자(75)의 촬상 영역에 계측 패턴(72)의 상이 형성되도록, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS를 위치결정한다. 계측부(50)에 대한 기판(73)의 Z방향의 위치에 대해서는, 예를 들면, 계측 패턴(72)을 구성하는 적어도 1개의 패턴의 신호 강도를 구하고, 이 신호 강도나 그것의 변화가 목표값 이상이 되도록, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS를 위치결정하면 된다. 이와 달리, 계측 패턴(72)을 구성하는 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 신호 강도를 구하고, 양자의 신호 강도나 그것의 변화가 목표값 이상이 되도록, 기판(73)을 유지하는 기판 스테이지 WS를 위치결정해도 된다.
스텝 S151에서는, 기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)의 위치에 관한 정보(위치 정보)를 취득한다. 본 실시형태에서는, 기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)의 위치의 대략 계측(rough measurement)을 행함으로써, 계측 패턴(72)의 위치 정보를 취득한다. 이때, 스텝 S151에 있어서의 대략 계측은, 후술하는 스텝 S156에 있어서의 정밀 계측에 비해, 더 넓은 계측 범위에서 더 낮은 분해능으로 행해진다. 따라서, 스텝 S151에 있어서의 대략 계측 및 스텝 S156에 있어서의 정밀 계측은 이하와 같이 정의된다. 스텝 S151에 있어서의 대략 계측은, 계측 패턴(72)의 위치를 제1해상도로 제1계측 범위에서 계측하는 계측 처리(제1계측 처리)이다. 스텝 S156에 있어서의 정밀 계측은, 계측 패턴(72)의 위치를 제1해상도보다도 높은 제2해상도로 제1계측 범위보다도 좁은 제2계측 범위에서 계측하는 계측 처리(제2계측 처리)이다. 여기에서, 위치 정보의 분해능은, 기판 위의 촬상 소자(75)의 촬상 영역에 대한 화소의 크기나 촬상 소자(75)에 의해 취득되는 화상의 계조를 의미한다. 대략 계측에서는, 촬상 소자(75)에 있어서의 전송 시간과 제어부(1100)에 있어서의 연산 처리 시간의 증대를 억제하면서, 계측 패턴(72)의 위치 정보를 취득할 수 있다.
구체적으로는, 스텝 S151에서, 계측 패턴(72)의 상을 촬상 소자(75)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상, 즉, 대략 계측에 의해 얻어지는 촬상 화상에 근거하여, 계측 패턴(72)의 신호 강도의 변화를 구함으로써, 계측 패턴(72)의 위치를 취득한다. 이와 달리, 대략 계측에 의해 얻어지는 촬상 화상과, 사전에 등록되어 있는 계측 패턴(72)의 설정값에 근거하여, 계측 패턴(72)의 위치를 취득해도 된다. 또한, 다른 수법으로서, 계측부(50)(계측장치(100))와는 다른 기판 위치 계측장치(미도시)에 의해 얻어지는, 기판 스테이지 WS로 반송되었을 때의 기판(73)의 위치에 근거하여 계측 패턴(72)의 위치를 취득해도 된다.
또한, 스텝 S151에서는, 계측 패턴(72)의 위치의 대략 계측 이외에, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 파장이나 σ값을, 스텝 S155에 있어서의 정밀 계측에 적합한 설정값, 즉, 계측 패턴(72)의 위치의 고정밀도 계측이 가능한 설정값으로 조정해도 된다. 이때, 계측 패턴(72)을 조명하는 빛의 파장이나 σ값에 관한 설정값은, 예를 들면, 계측 패턴(72)의 계측 결과나 기판(73)의 구조나 물성값에 관한 정보에 근거하여 사전에 결정해도 된다.
스텝 S152에서는, 스텝 S151에서 취득한 계측 패턴(72)의 위치 정보에 근거하여, 촬상 소자(75)의 촬상 영역에, 서로 다른 복수의 촬상 영역을 설정한다. 구체적으로는, 촬상 소자(75)의 촬상 영역에 있어서의 계측 패턴(72)의 위치 정보에 근거하여, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 각각에 대해, 촬상 영역을 설정한다. 예를 들면, 도4a에 나타낸 것과 같이, 촬상 소자(75)의 촬상 영역에서, 제1패턴 P1의 상 P13을 포함하도록 제1 촬상 영역 R13을 설정하고, 제2패턴 P2의 상 P23을 포함하도록 제2 촬상 영역 R23을 설정한다.
촬상 소자(75)의 촬상 영역에 있어서, 서로 다른 복수의 촬상 영역은, 계측 대상 패턴의 계측 방향 및 비계측 방향의 길이에 근거하여 설정된다. 예를 들면, 복수의 패턴 요소로 구성되는 패턴의 계측 방향의 길이보다 촬상 영역을 크게 설정함으로써, 패턴을 포함하는 패턴 영역에 있어서의 신호 강도 및 패턴을 포함하지 않는 비패턴 영역에 있어서의 신호 강도를 취득하여도 된다. 또한, 패턴의 비계측 방향의 길이 이상으로 촬상 영역을 크게 설정함으로써, 패턴의 비계측 방향에 있어서의 신호 강도를 취득하여도 된다. 이에 따라, 패턴의 위치에 대해 촬상 소자(75)의 촬상 영역의 감도를 고정밀도로 설정하는 것이 가능해진다. 이때, 패턴의 계측 방향은, 패턴을 구성하는 패턴 요소가 배열되어 있는 방향이며, 패턴의 비계측 방향은, 패턴을 구성하는 패턴 요소의 배열 방향에 직교하는 방향이다. 예를 들면, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2를 포함하는 계측 패턴(72)에서는, 패턴 요소 P1a 내지 P1d, P2a 내지 P2d가 배열된 X방향이 계측 방향이 되고, X방향에 직교하는 Y방향이 비계측 방향이다.
스텝 S153에서는, 스텝 S152에서 촬상 소자(75)에 설정한 서로 다른 복수의 촬상 영역 각각에 있어서의 신호 강도에 관한 정보(신호 강도 정보)를 취득한다. 구체적으로는, 제1 촬상 영역 R13으로부터의 출력에 근거하여 제1패턴 P1의 신호 강도(의 변화)를 나타내는 신호 강도 정보를 취득한다. 마찬가지로, 제2 촬상 영역 R23으로부터의 출력에 근거하여 제2패턴 P2의 신호 강도(의 변화)를 나타내는 신호 강도 정보를 취득한다. 이때, 신호 강도 정보는, 촬상 소자(75)로부터의 출력에 근거하여 생성된 검출 신호에서, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2 각각의 신호 강도의 최대값 혹은 평균값이어도 된다. 촬상 소자(75)에 의해 취득된 촬상 화상으로부터 신호 강도 정보를 취득하는 수법의 예로는, 제1패턴 P1에 대해, 비계측 방향인 Y방향에 있어서의 각 화소에서의 신호 강도를 평균화하고, 계측 방향인 X방향에서의 신호 강도의 변화를 구하는 방법이 있다. 전술한 수법에 의해, 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23의 각각으로부터의 출력에 근거하여, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 신호 강도 정보를 취득할 수 있다.
스텝 S154에서는, 스텝 S153에서 취득한 촬상 소자(75)의 서로 다른 복수의 촬상 영역(제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23)의 각각에 있어서의 신호 강도 정보에 근거하여, 복수의 촬상 영역의 각각에 대한 감도 보정값을 산출한다. 이때, 구체적인 감도 보정값의 산출 수법에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
스텝 S155에서는, 촬상 소자(75)의 서로 다른 복수의 촬상 영역(제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23)의 각각에 대해, 스텝 S154에서 산출한 감도 보정값에 근거하여 감도를 설정한다. 예를 들면, 촬상 소자에 디폴트로 설정되어 있는 감도를 제1감도로 가정하면, 제1감도와 감도 보정값의 곱으로 표시되는 제2감도를, 촬상 소자(75)의 서로 다른 복수의 촬상 영역의 각각에 대해 설정한다.
스텝 S156에서는, 스텝 S155에서 서로 다른 복수의 촬상 영역에 대해 감도가 설정된 촬상 소자(75)를 사용하여, 기판(73)에 설치되어 있는 계측 패턴(72)의 위치 정보를 취득한다. 본 실시형태에서는, 기판(73)에 설치되어 잇는 계측 패턴(72)의 위치의 정밀 계측을 행함으로써, 계측 패턴(72)의 위치 정보를 취득한다. 스텝 S156에 있어서의 정밀 계측은, 스텝 S151에 있어서의 대략 계측에 비해, 좁은 범위에서(즉, 계측 범위를 소정의 범위로 한정해서) 고분해능으로 행해진다. 구체적으로는, 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23에 대해 다른 감도가 설정된 촬상 소자(75)에 의해 계측 패턴(72)의 상을 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 검출 신호 SW3을 생성한다. 그리고, 검출 신호 SW3로부터, 제1패턴 P1의 신호 강도(의 변화)에 대응하는 파형 S13과, 제2패턴 P2의 신호 강도(의 변화)에 대응하는 파형 S23을 추출한다. 이때, 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23의 각각에 대해 검출 신호를 생성하고, 각 검출 신호로부터, 제1패턴 P1의 신호 강도에 대응하는 파형과 제2패턴 P2의 신호 강도에 대응하는 파형을 취득해도 된다.
스텝 S157에서는, 스텝 S156에서 취득한 계측 패턴(72)의 위치 정보에 근거하여 중첩 오차를 산출한다. 구체적으로는, 파형 S13으로부터 제1패턴 P1의 중심 위치를 나타내는 계측값 X13을 구하고, 파형 S23으로부터 제2패턴 P2의 중심 위치를 나타내는 계측값 X23을 구한다. 그리고, 중첩 오차로서, 계측값 X13과 계측값 X23의 차이인 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치(어긋남)를 구한다.
도6a 및 도6b를 참조하여, 스텝 S154에 있어서의 구체적인 감도 보정값의 산출 수법에 대해 설명한다. 도6a는, 스텝 S155에서 서로 다른 복수의 촬상 영역의 감도를 설정하기 전의 촬상 소자(75)에 의해 얻어지는 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 신호 강도를 도시한 도면이다. 도6a에 있어서, I13은 제1패턴 P1의 신호 강도를 나타내고, I23은 제2패턴 P2의 신호 강도를 나타내고 있다. 여기에서는, 촬상 소자(75)의 최대 검출 광량에 대한 신호 강도 I13의 신호 강도비(Brightness)가 20%이고, 신호 강도 I23의 신호 강도비가 80%인 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 더 높은 신호 강도 I23에 대한 더 낮은 신호 강도 I13의 비율로부터, 제1패턴 P1의 신호 강도와 제2패턴 P2의 신호 강도의 상대비가 0.25로 산출된다. 여기에서, 신호 강도의 상대비의 허용 범위가 0.5 이상 1.0 이하로 설정되는 경우, 신호 강도 I13과 신호 강도 I23의 상대비는 허용 범위에 속하지 않는다.
따라서, 본 실시형태에서는, 제1패턴 P1의 신호 강도와 제2패턴 P2의 신호 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23 각각에 대한 감도 보정값을 산출한다. 구체적으로는, 더 높은 신호 강도 I23과, 신호 강도의 상대비가 허용 범위에 속하게 하는 목표값에 근거하여, 더 낮은 신호 강도 I13에 대한 감도 보정값을 산출한다. 예를 들면, 신호 강도 I23(80%)과 신호 강도의 상대비의 목표값(예를 들면, 0.5)의 곱으로부터, 제1패턴 P1의 신호 강도의 목표값은 40%로 산출된다. 이에 따라, 제1패턴 P1의 신호 강도의 목표값(40%)과 신호 강도 I13(20%)의 몫으로부터, 제1 촬상 영역 R13에 대한 감도 보정값은 2.0으로 산출된다. 또한, 제2 촬상 영역 R23에 대해서는, 제1 촬상 영역 R13과 마찬가지로, 신호 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 감도 보정값이 산출된다. 이때, 촬상 소자(75)의 최대 검출 광량에 대한 신호 강도비가 변경되지 않는 경우에는, 제2 촬상 영역 R23에 대한 감도 보정값은 1.0으로 산출된다.
전술한 것과 같이 산출된 감도 보정값에 근거하여, 촬상 소자(75)에 있어서의 제1 촬상 영역 R13 및 제2 촬상 영역 R23에 대해 개별적으로 감도를 설정한다. 예를 들면, 도6a에 나타낸 신호 강도 I12 및 I13을 얻을 때의 촬상 소자(75)에 있어서의 제1 촬상 영역 R13의 감도 및 제2 촬상 영역 R23의 감도 모두가 1.0인 경우를 생각한다. 이 경우, 감도와 전술한 감도 보정값의 곱에 근거하여, 제1 촬상 영역 R13의 감도기 2.0으로 설정되고, 제2 촬상 영역 R23의 감도가 1.0으로 설정된다.
도6b는, 스텝 S155에서 서로 다른 복수의 촬상 영역에 대해 감도를 설정한 후의 촬상 소자(75)에 의해 얻어지는 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2의 신호 강도를 도시한 도면이다. 도6b에 있어서, I14는 제1패턴 P1의 신호 강도를 나타내고, I24는 제2패턴 P2의 신호 강도를 나타내고 있다. 제1 촬상 영역 R13의 감도는 2.0으로 설정되고, 제2 촬상 영역 R23의 감도는 1.0으로 설정되기 때문에, 도6b에 나타낸 것과 같이 신호 강도 I14와 신호 강도 I24가 같아진다. 또한, 신호 강도 I14와 신호 강도 I24의 상대비는, 도6a에 나타낸 신호 강도 I13과 신호 강도 I23의 상대비인 0.25로부터 0.5로 증가하고 있다. 이에 따라, 신호 강도 I14와 신호 강도 I24의 상대비가 허용 범위(0.5 이상 1.0 이하)에 속하기 때문에, 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치를 고정밀도로 구하는 것이 가능해진다.
이때, 촬상 소자(75)에 있어서의 서로 다른 복수의 촬상 영역의 각각의 감도는, 촬상 소자(75)의 디지털 게인을 조정함으로써 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 촬상 소자(75)의 축적 시간을 조정함으로써 감도를 설정하는 경우에는, 축적 시간의 차이로 인해, 제1패턴 P1 및 제2패턴 P2 각각의 계측값에 기판 스테이지 WS의 위치 변화로 인해 발생된 오차가 포함되어 버릴 수 있다. 이것은, 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치의 계측 정밀도를 저하시키는 요인이 된다.
촬상 소자(75)에 있어서의 서로 다른 복수의 촬상 영역 중, 적어도 1개의 촬상 영역에 설정되는 디지털 게인(감도)은 1인 것이 바람직하다. 이것은, 촬상 소자(75)에 설정되는 감도의 값이 커짐에 따라, 노이즈의 증대에 기인해서 계측 정밀도가 저하할 수도 있기 때문이다.
촬상 소자(75)에 있어서의 서로 다른 복수의 촬상 영역 중 적어도 1개의 촬상 영역에 설정되는 디지털 게인을 1로 설정하기 위해서는, 촬상 소자(75)의 감도를 1로 설정한 상태에 있어서, 스텝 S153에서 신호 강도 정보를 취득하면 된다. 예를 들면, 계측부(50)의 조명계에서의 광량 조정, 광원(61)의 출력 제어, 촬상 소자(75)의 축적 시간의 제어 등에 의해, 촬상 소자(75)의 최대 검출 광량에 대한 신호 강도비가 더 높은 제2패턴 P2의 신호 강도를 촬상 소자(75)에 의해 검출가능한 레벨로 설정한다. 그리고, 스텝 S155에 있어서, 촬상 소자(75)에 있어서 서로 다른 복수의 촬상 영역의 각각에 대해, 스텝 S154에서 산출한 감도 보정값에 근거하여 감도를 설정한다. 이때, 제2패턴 P2에 대응하는 제2 촬상 영역 R23에 대한 감도 보정값을 1.0으로 설정하여, 촬상 소자(75)의 최대 검출 광량에 대한 신호 강도비가 더 낮은 제1패턴 P1의 신호 강도를 증폭시킨다. 이 결과, 제2패턴 P2에 대응하는 제2 촬상 영역 R23의 감도를 1로 설정할 수 있으므로, 노이즈의 증대에 기인하는 계측 정밀도의 저하를 회피하면서, 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치를 고정밀도로 구하는 것이 가능해진다.
본 실시형태에서는, 계측장치(100)에 있어서 제1패턴 P1과 제2패턴 P2 사이의 상대 위치를 계측하는 계측 처리에 대해 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 계측장치(100)에 있어서, 3개 이상의 다른 패턴 중에서 상대 위치를 계측하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 제1패턴, 제2패턴 및 제3패턴의 각각에 대해 제1 촬상 영역, 제2 촬상 영역 및 제3촬상 영역을 설정한다. 다음에, 제1 촬상 영역, 제2 촬상 영역 및 제3촬상 영역으로부터 얻어지는 신호 강도에 근거하여, 제1 촬상 영역, 제2 촬상 영역 및 제3촬상 영역에 대한 감도 보정값을 각각 산출한다. 제1 촬상 영역, 제2 촬상 영역 및 제3촬상 영역에 대해, 감도 보정값에 근거하여 감도를 개별적으로 설정한다. 이에 따라, 제1패턴, 제2패턴과 제3패턴 사이의 상대 위치(어긋남)를 고정밀도로 구할 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 기판 위의 다른 층에 있어서의 패턴들 사이의 검출 광의 강도에 차이가 존재하는 경우에도, 각 패턴에 대응하는 복수의 촬상 영역에 대해 다른 감도를 설정함으로써, 패턴 사이의 상대 위치를 고속 및 고정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 촬상 소자에 있어서 서로 다른 축적 시간을 설정하는 것이 아니라, 화소에 대한 서로 다른 감도값으로 설정함으로써, 복수회의 계측에 기인하는 생산성의 저하를 회피할 수 있다. 또한, 촬상 소자로부터 출력되는 촬상 화상이 아니라, 촬상 소자의 화소에 대해 서로 다른 감도를 설정함으로써, 복수의 패턴들 사이에서 검출광의 강도가 다른 경우에도, 계측 정밀도의 저하를 회피하여, 복수의 패턴들 사이의 상대 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다. 따라서, 기판 위의 복수의 패턴들 사이의 상대 위치를 고속 및 고정밀도로 계측가능한 계측장치를 제공할 수 있다.
<제2실시형태>
도7a는, 노광장치 EXA의 구성을 도시한 개략도다. 노광장치 EXA는, 반도체 소자나 액정 표시 소자 등의 디바이스의 제조 공정인 리소그래피 공정에서 사용되고, 기판(83)에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치다. 노광장치 EXA는, 원판인 레티클(31)을 통해 기판(83)을 노광하여, 레티클(31)의 패턴을 기판(83)에 전사한다. 노광장치 EXA는, 본 실시형태에서는, 스텝 앤드 스캔 방식을 채용하고 있지만, 스텝 앤드 리피트 방식 또는 그 밖의 노광 방식을 채용할 수도 있다.
노광장치 EXA는, 도7a에 나타낸 것과 같이, 조명 광학계(801)와, 레티클(31)을 유지하는 레티클 스테이지 RS와, 투영 광학계(32)와, 기판(83)을 유지하는 기판 스테이지 WS와, 위치 계측장치(200)와, 제어부(1200)를 갖는다.
조명 광학계(801)는, 광원부(800)로부터의 빛을 사용하여 피조명면을 조명하는 광학계다. 광원부(800)는, 예를 들면, 레이저를 포함한다. 레이저는, 파장 약 193nm의 ArF 엑시머 레이저, 파장 약 248nm의 KrF 엑시머 레이저 등을 포함하지만, 광원의 종류를 엑시머 레이저에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 광원부(800)는, 광원으로서, 파장 약 157nm의 F2 레이저나 파장 20nm 이하의 EUV(Extreme ultraviolet)을 사용해도 된다.
조명 광학계(801)는, 본 실시형태에서는, 광원부(800)로부터의 빛을 노광에 최적인 소정의 형상을 갖는 슬릿 광으로 형성하고, 레티클(31)을 조명한다. 조명 광학계(801)는, 레티클(31)을 균일하게 조명하는 기능과 편광조명 기능을 갖는다. 조명 광학계(801)는, 예를 들면, 렌즈, 미러, 옵티컬 인테그레이터, 조리개 등을 포함하고, 콘덴서 렌즈, 플라이아이 렌즈, 개구 조리개, 콘덴서 렌즈, 슬릿 및 결상 광학계의 순서로 배치함으로써 구성된다.
레티클(31)은, 예를 들면, 석영으로 구성된다. 레티클(31)에는, 기판(83)에 전사해야 할 패턴(회로 패턴)이 형성되어 있다.
레티클 스테이지 RS는, 레티클 척(미도시)을 거쳐 레티클(31)을 유지하고, 레티클 구동기구(미도시)에 접속되어 있다. 레티클 구동기구는, 리니어 모터 등을 포함하고, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 및 각 축 주위의 회전 방향으로 레티클 스테이지 RS를 구동함으로써, 레티클 스테이지 RS에 의해 유지된 레티클(31)을 이동시킬 수 있다. 이때, 레티클(31)의 위치는 광 사입사계의 레티클 위치 계측부(미도시)에 의해 계측되고, 레티클(31)은 레티클 스테이지 RS를 거쳐 소정의 위치에 배치된다.
투영 광학계(32)는, 물체면으로부터 빛을 상면에 결상하는 기능을 갖는다. 투영 광학계(32)는, 본 실시형태에서는, 레티클(31)의 패턴을 통과한 빛(회절광)을 기판(83)에 투영하여, 레티클(31)의 패턴 상을 기판 위에 형성한다. 투영 광학계(32)로서는, 복수의 렌즈 소자로 이루어진 광학계, 복수의 렌즈 소자와 적어도 1개의 오목면 미러를 포함하는 광학계(카타디옵트릭 광학계), 복수의 렌즈 소자와 키노폼 등의 적어도 1개의 회절 광학 소자를 포함하는 광학계 등이 사용된다.
기판(83)에는, 포토레지스트가 도포되어 있다. 기판(83)은, 레티클(31)의 패턴이 전사되는 피처리물이며, 웨이퍼, 액정 기판, 그 밖의 피처리 기판 등을 포함한다.
기판 스테이지 WS는, 기판 척(미도시)을 거쳐 기판(83)을 유지하고, 기판 구동기구(미도시)에 접속되어 있다. 기판 구동기구는, 리니어 모터 등을 포함하고, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 및 각 축 주위의 회전 방향으로 기판 스테이지 WS를 구동함으로써, 기판 스테이지 WS에 의해 유지된 기판(83)을 이동시킬 수 있다. 또한, 기판 스테이지 WS에는 기준 플레이트(39)가 설치되어 있다.
레티클 스테이지 RS의 위치 및 기판 스테이지 WS의 위치는, 예를 들면, 6축의 레이저 간섭계(91) 등으로 감시되고, 제어부(1200)의 제어하에 있어서, 레티클 스테이지 RS와 기판 스테이지 WS가 일정한 속도 비율로 구동된다.
제어부(1200)는, CPU, 메모리 등을 포함하는 컴퓨터(정보 처리장치)로 구성되고, 예를 들면, 기억부에 기억된 프로그램에 따라 노광장치 EXA의 각 부를 총괄적으로 제어해서 노광장치 EXA를 동작시킨다. 제어부(1200)는, 레티클(31)을 통해 기판(83)을 노광하여, 레티클(31)의 패턴을 기판(83)에 전사하는 노광 처리를 제어한다. 또한, 제어부(1200)는, 본 실시형태에서는, 위치 계측장치(200)에 있어서의 계측 처리와 위치 계측장치(200)에 의해 얻어진 계측값의 보정처리(연산 처리)를 제어한다. 이렇게, 제어부(1200)는 위치 계측장치(200)의 일부로서도 기능한다.
노광장치 EXA에 있어서, 레티클(31)을 통과한 빛(회절광)은, 투영 광학계(32)를 거쳐 기판(83)에 투영된다. 레티클(31)과 기판(83)은 광학적으로 공역의 관계로 배치되어 있다. 레티클(31)과 기판(83)을 투영 광학계(32)의 축소 배율의 속도비로 주사함으로써, 레티클(31)의 패턴이 기판(83)에 전사된다.
위치 계측장치(200)는, 대상물의 위치를 계측하는 계측장치다. 위치 계측장치(200)는, 본 실시형태에서는, 기판(83)에 설치된 얼라인먼트 마크 등의 마크(82)의 위치를 계측한다. 이하 도7b를 참조하여 위치 계측장치(200)의 구성에 대해 설명한다. 이때, 도7b에 나타낸 위치 계측장치(200)는 도1b에 나타낸 계측부(50)와 유사한 구성을 갖고 있기 때문에, 여기에서는 설명을 간략화하고, 개요 만을 설명한다.
위치 계측장치(200)는, 광원(161)으로부터의 빛을 사용해서 기판(83)을 조명하는 조명계와, 기판 위의 마크(82)로부터의 빛을 결상하는(마크(82)의 상을 형성하는) 결상계(검출계)를 포함한다. 조명계는, 조명 광학계 162, 163 및 166, 조명 개구 조리개(164), 미러 M20, 릴레이 렌즈(167), 편광 빔 스플리터(168), λ/4판(170), 및, 대물광학계(171)로 구성된다. 결상계는, 대물광학계(171), λ/4판(170), 검출 개구 조리개(169), 편광 빔 스플리터(168), 및, 결상광학계(174)로 구성되고, 기판 위의 마크(82)로부터의 빛을 촬상 소자(175)에 결상하도록 구성된다. 촬상 소자(175)는, 마크(82)로부터의 빛을 검출하는 복수의 화소를 포함하고, 이러한 복수의 화소를 사용하여 마크(82)를 촬상하기 위한 촬상 영역을 형성하는 촬상부로서 기능한다. 제어부(1200)는, 레이저 간섭계(91)에 의해 얻어지는 기판 스테이지 WS의 위치 정보와, 마크(82)의 상을 검출해서 얻어지는 검출 신호의 파형에 근거하여, 기판 위의 마크(82)의 위치를 취득한다.
도8을 참조하여, 레티클(31)을 통해 기판(83)을 노광하여, 레티클(31)의 패턴을 기판(83)에 전사하는 노광 처리의 시퀀스에 대해 설명한다. 이러한 노광 처리는, 상기한 것과 같이, 제어부(1200)가 노광장치 EXA의 각 부를 총괄적으로 제어함으로써 행해진다.
스텝 S101에서는, 노광장치 EXA에 기판(83)을 반입한다. 스텝 S102에서는, 형상 계측장치(미도시)에 의해 기판(83)의 표면(높이)을 검출해서, 기판(83) 전체의 표면 형상을 계측한다.
스텝 S103에서는, 캘리브레이션을 행한다. 구체적으로는, 스테이지 좌표계에 있어서 기준 플레이트(39)에 설치된 기준 마크의 설계된 좌표 위치에 근거하여, 위치 계측장치(200)의 광축 위에 기준 마크가 위치하도록, 기판 스테이지 WS를 구동한다. 다음에, 위치 계측장치(200)의 광축에 대한 기준 마크의 위치 어긋남을 계측하고, 이러한 위치 어긋남에 근거하여, 스테이지 좌표계의 원점이 위치 계측장치(200)의 광축과 일치하도록, 스테이지 좌표계를 재설정한다. 다음에, 위치 계측장치(200)의 광축과 투영 광학계(32)의 광축 사이의 설계된 위치 관계에 근거하여, 기준 마크가 노광 광의 광축 위에 위치하도록, 기판 스테이지 WS를 구동한다. 그리고, TTL(Through The Lens) 계측계에 의해, 투영 광학계(32)를 거쳐, 노광 광의 광축에 대한 기준 마크의 위치 어긋남을 계측한다.
스텝 S104에서는, 스텝 S103에서 얻어진 캘리브레이션의 결과에 근거하여, 위치 계측장치(200)의 광축과 투영 광학계(32)의 광축 사이의 베이스라인을 결정한다.
스텝 S105에서는, 위치 계측장치(200)가 기판(83)에 설치된 마크(82)의 위치를 계측한다.
스텝 S106에서는, 글로벌 얼라인먼트를 행한다. 구체적으로는, 스텝 S105에서 구한 계측 결과에 근거하여, 기판(83)의 숏 영역의 배열에 대해 시프트, 배율 및 회전을 산출하고, 숏 영역의 배열의 규칙성을 구한다. 그리고, 숏 영역의 배열의 규칙성 및 베이스라인으로부터 보정계수를 구하고, 이러한 보정계수에 근거하여 레티클(31)(노광 광)에 대해 기판(83)을 위치맞춤한다.
스텝 S107에서는, 레티클(31)과 기판(83)을 주사 방향(Y방향)으로 주사하면서 기판(83)을 노광한다. 이때, 형상 계측장치에 의해 계측한 기판(83)의 표면 형상에 근거하여, Z방향 및 틸트 방향으로 기판 스테이지 WS를 구동하여, 기판(83)의 표면을 투영 광학계(32)의 결상면에 순차 맞추는 동작도 행한다.
스텝 S108에서는, 기판(83)의 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료하였는지 아닌지(즉, 미노광의 숏 영역이 존재하지 않는지 어떤지)를 판정한다. 기판(83)의 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료하지 않은 경우에는, 스텝 S107로 처리를 이행하여, 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료할 때까지, 스텝 S107 및 S108을 반복한다. 한편, 기판(83)의 모든 숏 영역에 대한 노광이 완료한 경우에는, 스텝 S109로 처리를 이행하여, 노광장치 EXA로부터 기판(83)을 반출한다.
본 실시형태에서는, 기판(83)에 설치된 마크(82)의 위치를 계측할 때(S105)에, 위치 계측장치(200)의 촬상 소자(175)에 있어서, 적어도 2개의 다른 촬상 영역을 설정한다. 또한, 적어도 2개의 다른 촬상 영역에 있어서의 검출 신호의 신호 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 촬상 소자(175)를 조정한다. 촬상 소자(175)의 조정으로서는, 예를 들면, 촬상 소자(175)의 복수의 화소의 각각에 대해 감도를 설정한다. 그리고, 서로 다른 감도가 설정된 촬상 소자(175)로부터의 출력에 근거하여, 기판(83)에 설치된 마크(82)의 위치를 구한다.
도9a, 도9b 및 도9c를 참조하여, 본 실시형태에 있어서 기판(83)에 설치된 마크(82)의 위치를 계측하는 계측 처리에 대해 설명한다. 도9a는, 촬상 소자(175)의 촬상 영역 위에 형성되는 기판 위의 디바이스 패턴의 상 P15 및 기판 위의 마크(82)의 상 P25를 도시한 도면이다. 제어부(1200)를 포함하는 위치 계측장치(200)에 있어서는, 촬상 소자(175)로부터의 출력에 근거하여, 촬상 소자(175)의 촬상 영역(관찰 시야)에 있어서의 마크(82)(의 상 P25)의 위치 정보를 취득한다. 도9a에 나타낸 것과 같이, 촬상 소자(175)에 있어서의 촬상 영역에는, 마크(82)의 상 P25에 근접하여 기판 위의 마크(82)의 주위의 주변 영역에 존재하는 디바이스 패턴의 상 P15가 형성되어 있다.
도9b는, 도9a에 나타낸 디바이스 패턴 상 P15 및 마크(82)의 상 P25를 촬상 소자(175)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 생성되는 검출 신호 SW50의 일례를 도시한 도면이다. 검출 신호 SW50에 포함되는 파형 S150은 디바이스 패턴의 신호 강도(의 변화)에 대응하고, 검출 신호 SW50에 포함되는 파형 S250은 마크(82)의 신호 강도(의 변화)에 대응한다.
여기에서, 도9b를 참조하여, 기판 위의 마크(82)로부터의 검출 광의 강도에 비해 기판 위의 디바이스 패턴으로부터의 검출 광의 강도가 높은 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 도9b에 나타낸 것과 같이, 마크(82)의 신호 강도(파형 S250)에 비해 디바이스 패턴의 신호 강도(파형 S150)가 높아진다. 따라서, 파형 S150에서의 신호 강도가 촬상 소자(175)에 의해 검출가능한 레벨을 초과하며, 예를 들면, 포화 레벨에 도달하는 경우에는, 광량 검출이 이상으로 되어, 마크(82)의 위치를 구할 수 없는, 즉, 계측 에러가 발생할 수 있다. 이것을 방지하기 위해, 위치 계측장치(200)의 조명계에 설치된 광량 조정부(ND필터)나 광원(161)의 출력을 제어하거나, 촬상 소자(175)의 축적 시간을 제어함으로써, 디바이스 패턴 및 마크(82)로부터의 신호 강도를 조정하는 것이 생각된다. 단, 촬상 소자(175)의 관찰 시야, 즉, 촬상 영역의 전체의 신호 강도가 줄어들면, 파형 S150에서의 신호 강도와 함께, 파형 S250에서의 신호 강도도 낮아진다. 이에 따라, 파형 S250에서의 신호 강도에 대한 전기적인 노이즈가 상대적으로 높아지므로, 파형 S250으로부터 기판 위의 마크(82)의 중심 위치를 나타내는 계측값 X250을 고정밀도로 구하는 것이 곤란하게 된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 기판 위의 마크(82)로부터의 검출 광과 기판 위의 디바이스 패턴으로부터의 검출 광의 강도차가 큰 경우에도, 마크(82)의 중심 위치를 나타내는 계측값을 고정밀도로 구하는 것이 가능한 기술을 제안한다. 구체적으로는, 마크(82)의 위치에 근거하여, 촬상 소자(175)의 촬상 영역에 적어도 2개의 다른 촬상 영역을 설정한다. 본 실시형태에서는, 도9a에 나타낸 것과 같이, 기판 위의 디바이스 패턴(마크(82) 주위의 주변 영역)에 대응시켜, 디바이스 패턴 상 P15를 포함하도록 제1 촬상 영역 R15를 설정한다. 또한, 마크(82)를 촬상하기 위해, 마크(82)의 상 P25를 포함하도록 제2 촬상 영역 R25를 설정한다. 다음에, 제1 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성되는 디바이스 패턴의 검출 신호의 강도와 제2 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성되는 마크(82)의 검출 신호의 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 촬상 소자(175)를 조정한다. 촬상 소자(175)의 조정으로서는, 예를 들면, 촬상 소자(175)의 복수의 화소의 각각의 감도를 설정한다. 이때, 신호 강도의 취득과 감도의 설정(감도 보정값의 산출)은 제1실시형태와 유사하므로, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 제1 촬상 영역 R15 및 제2 촬상 영역 R25에 대해 다른 감도가 설정된 촬상 소자(175)로부터의 출력에 근거하여 마크(82)의 위치를 구한다.
도9c는, 디바이스 패턴 상 P15 및 마크(82)의 상 P25를 제1 촬상 영역 R15 및 제2 촬상 영역 R25에 대해 다른 감도가 설정된 촬상 소자(175)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 생성되는 검출 신호 SW5의 일례를 도시한 도면이다. 도9c를 참조하면, 검출 신호 SW5에 포함되는 파형 S15는 기판 위의 디바이스 패턴의 신호 강도(의 변화)에 대응하고, 검출 신호 SW5에 포함되는 파형 S25는 마크(82)의 신호 강도(의 변화)에 대응한다. 본 실시형태에서는, 제1 촬상 영역 R15에 포함되는 화소에 대해, 제2 촬상 영역 R25에 포함되는 화소보다도 낮은 감도를 설정함으로써, 파형 S15에서의 신호 강도를 저하시켜, 파형 S15에서의 신호 강도의 포화를 회피하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 파형 S25로부터 마크(82)의 중심 위치를 나타내는 계측값 X25를 고정밀도로 구할 수 있다.
이때, 위치 계측장치(200)에 있어서, 기판 위의 마크(82)의 위치를 계측하는 수법은, 마크(82)의 신호 강도로부터 마크(82)의 위치 정보를 취득하는 수법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 촬상 소자(175)로부터 출력되는 촬상 화상에 근거하여 위상 정보를 구하고, 이 위상 정보로부터 마크(82)의 위치 정보를 취득해도 된다.
본 실시형태에서는, 기판 위의 마크로부터의 검출광의 강도 및 마크의 주변 영역으로부터의 검출 광의 차이가 큰 경우에도, 마크 및 마크의 주변 영역의 각각에 대응하는 복수의 촬상 영역에 대해 서로 다른 감도를 설정함으로써, 마크의 위치를 고속 및 고정밀도로 계측할 수 있다. 따라서, 기판 위의 마크의 위치를 고속 및 고정밀도로 계측가능한 위치 계측장치를 제공할 수 있다.
<제3실시형태>
도10a, 도10b 및 도10c를 참조하여, 제3실시형태에 있어서의 위치 계측장치에 대해 설명한다. 위치 계측장치는, 도7b에 나타낸 위치 계측장치(200)와 유사한 구성을 갖기 때문에, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다. 본 실시형태에 있어서의 위치 계측장치는, 기판 위(대상물 위)의 1개의 층에 설치되어 있는 마크의 위치를 계측하는 것이 아니라, 기판 위의 서로 다른 층에 설치되는 복수의 패턴으로 구성되는 마크의 위치를 계측하는 점에서, 위치 계측장치 200과 다르다.
도10a는, 위치 계측장치의 계측 대상물인 기판(93)에 설치되어 있는 마크(92)의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 기판(93)은, 본 실시형태에서는, 최하층(93B), 제1층(93L) 및 제2층(93U)의 3개의 층으로 구성되어 있는 기판이다. 마크(92)는, 제1층(93L)에 설치된 제1패턴 P16, 및 제2층(93U)에 설치된 제2패턴 P26으로 구성되어 있다. 제1패턴 P16은, 4개의 패턴 요소 P16a, P16b, P16c 및 P16d를 포함하고, 제2패턴 P26은, 4개의 패턴 요소 P26a, P26b, P26c 및 P26d를 포함한다.
본 실시형태에 있어서의 위치 계측장치는, 마크(92), 구체적으로는, 제1패턴 P16 및 제2패턴 P26 각각으로부터의 빛(반사광 및 산란광)을 촬상 소자(175)에 의해 검출한다.
도10b는, 촬상 소자(175)의 촬상 영역 위에 형성되는 마크(92)의 상, 구체적으로는, 제1패턴 P16의 상 및 제2패턴 P26의 상을 도시한 도면이다. 도10c는, 도10b에 나타낸 마크(92)의 상을 촬상 소자(175)에 의해 촬상해서 얻어지는 촬상 화상에 근거하여 생성되는 검출 신호 SW6의 일례를 도시한 도면이다. 검출 신호 SW6은, 도10b에 나타낸 마크(92)의 상을 포함하는 촬상 화상에서 촬상 소자(175)의 각 화소의 신호 강도를 Y방향으로 적산함으로써 생성된다. 도10c를 참조하면, 검출 신호 SW6에 포함되는 파형 S16은 제1패턴 P16의 신호 강도(의 변화)에 대응하고, 검출 신호 SW6에 포함되는 파형 S26은 제2패턴 P26의 신호 강도(의 변화)에 대응한다. 제어부(1200)는, 파형 S16으로부터 제1패턴 P16의 중심 위치를 나타내는 계측값 X16을 구하고, 파형 S26으로부터 제2패턴 P26의 중심 위치를 나타내는 계측값 X26을 구한다. 그리고, 제어부(1200)는 계측값 X16과 계측값 X26에 근거하여 마크(92)의 위치 정보를 취득한다.
본 실시형태에서는, 마크(92)의 위치에 근거하여, 촬상 소자(175)의 촬상 영역에서 적어도 2개의 다른 촬상 영역을 설정한다. 구체적으로는, 도10b에 나타낸 것과 같이, 제1패턴 P16을 촬상하기 위한 제1 촬상 영역 R16과, 제2패턴 P26을 촬상하기 위한 제2 촬상 영역 R26을 설정한다. 또한, 제1 촬상 영역 R16으로부터의 출력에 근거하여 생성되는 제1패턴 P16의 검출 신호의 강도와 제2 촬상 영역 R26로부터의 출력에 근거하여 생성되는 제2패턴 P26의 검출 신호의 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록 촬상 소자(175)을 조정한다. 촬상 소자(175)의 조정으로서, 예를 들면, 촬상 소자(175)의 복수의 화소 각각의 감도를 설정한다. 이때, 신호 강도의 취득과 감도의 설정(감도 보정값의 산출)은 제1실시형태와 유사하기 때문에, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 제1 촬상 영역 R16 및 제2 촬상 영역 R26에 대해 서로 다른 감도가 설정된 촬상 소자(175)로부터의 출력에 근거하여, 마크(92)의 위치를 구한다.
마크(92)의 위치를 구하는 수법으로서는, 제1패턴 P16의 중심 위치를 나타내는 계측값 X16과 제2패턴 P26의 중심 위치를 나타내는 계측값 X26의 평균값으로부터 마크(92)의 위치 X36을 구하는 수법을 사용할 수 있다. 또한, 다른 수법으로서, 제1패턴 P16의 중심 위치를 나타내는 계측값 X16 및 제2패턴 P26의 중심 위치를 나타내는 계측값 X26의 각각을 가중해서 마크(92)의 위치 X36을 구해도 된다. 예를 들면, 도10b에 나타낸 제1 촬상 영역 R16 및 제2 촬상 영역 R26에 대해 설정된 감도와 파형 S16 및 S26의 평가 파라미터에 근거하여, 도10c에 나타낸 계측값 X16 및 X26의 각각을 가중해도 된다. 평가 파라미터의 예로는, 구체적으로는, 최대값, 최소값, 평균값, 노이즈를 포함하는 격차, 신호 강도 분포에 있어서의 반치폭이나 위치 정보와, 이들 신호 강도의 값에 근거한 계산값을 들 수 있다. 파형의 평가 파라미터 이외에, 제1패턴 P16 및 제2패턴 P26의 각각이 설치되어 있는 층에 대해, 패턴을 노광하는 층의 공간적인 위치, 요구되는 위치맞춤 정밀도와, 스루풋 등의 파라미터를 고려해서 가중을 행해도 된다. 이에 따라, 기판 위의 마크(92)의 위치를 고정밀도로 계측하여, 레티클(노광 광)과 기판(93)을 고정밀도로 위치맞춤하는 것이 가능해진다.
전술한 것과 같이, 본 실시형태에 있어서의 위치 계측장치에 따르면, 1개의 층에 설치된 마크의 위치 뿐만 아니라, 서로 다른 층들에 설치되어 있는 복수의 패턴으로 구성되는 마크의 위치도, 고속 및 고정밀도로 계측할 수 있다.
<제4실시형태>
본 발명의 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 예를 들면, 디바이스(반도체 소자, 자기 기억매체, 액정 표시 소자 등) 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 이러한 제조방법은, 노광장치 EXA를 사용하여, 감광제가 도포된 기판을 노광하는(패턴을 기판에 형성하는) 단계와, 노광된 기판을 현상하는(기판을 처리하는) 단계를 포함한다. 또한, 이러한 제조방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함할 수 있다. 본 실시형태의 물품의 제조방법은, 종래에 비해, 물품의 성능, 품질, 생산성 및 생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다. 이때, 전술한 물품의 제조방법은, 임플린트 장치나 묘화장치 등의 리소그래피 장치를 사용해서 행해도 된다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (15)

  1. 대상물에 설치된 제1패턴의 위치 및 제2패턴의 위치를 계측하는 계측장치로서,
    상기 제1패턴으로부터의 빛과 상기 제2패턴으로부터의 빛을 검출하는 복수의 화소를 포함하고, 상기 복수의 화소에 의해 상기 제1패턴 및 상기 제2패턴을 촬상하기 위해 사용된 촬상 영역을 형성하도록 구성된 촬상부와,
    상기 촬상부를 제어하여, 상기 촬상부로부터의 출력에 근거하여 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치를 구하도록 구성된 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치에 근거하여, 상기 촬상 영역에 있어서 상기 제1패턴을 촬상하기 위해 사용된 제1 촬상 영역과 상기 제2패턴을 촬상하기 위해 사용된 제2 촬상 영역을 설정하고,
    상기 제1 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 상기 제1패턴의 검출 신호의 강도와 상기 제2 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성된 상기 제2패턴의 검출 신호의 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 상기 촬상부를 조정하는 계측장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상부의 조정으로서, 상기 제어부는 상기 복수의 화소 각각의 감도를 설정하는 계측장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 상대비가 상기 허용 범위에 속하도록, 상기 제1 촬상 영역에 포함되는 화소의 감도와, 상기 제2 촬상 영역에 포함되는 화소의 감도를 개별적으로 설정하는 계측장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1패턴의 검출 신호의 강도 및 상기 제2패턴의 검출 신호의 강도 각각이 상기 촬상부의 포화 레벨보다 작도록, 상기 제1 촬상 영역에 포함되는 화소의 감도와 상기 제2 촬상 영역에 포함되는 화소의 감도를 개별적으로 설정하는 계측장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 화소 각각의 디지털 게인을 조정함으로써 상기 복수의 화소 각각의 감도를 설정하는 계측장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 촬상 영역에 포함되는 화소의 감도 및 상기 제2 촬상 영역에 포함되는 화소의 감도 중에서 한 개를 1로 설정하는 계측장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 촬상 영역의 서로 다른 영역들에 상기 제1 촬상 영역 및 상기 제2 촬상 영역을 설정하는 계측장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치를 제1해상도에서 제1계측 범위에서 계측하는 제1계측 처리와, 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치를 상기 제1해상도보다도 높은 제2해상도에서 상기 제1계측 범위보다도 작은 제2계측 범위에서 계측하는 제2계측 처리를 순차적으로 행하고,
    상기 제1계측 처리에서 얻어지는 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치에 근거하여, 상기 촬상 영역에 있어서 상기 제1 촬상 영역과 상기 제2 촬상 영역을 설정하고, 상기 상대비가 상기 허용 범위에 속하도록 상기 촬상부를 조정하고,
    상기 촬상부를 조정한 후, 상기 제2계측 처리에서 얻어지는 상기 촬상부로부터의 출력에 근거하여 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치를 구하는 계측장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1패턴과 상기 제2패턴은 상기 대상물 위의 서로 다른 층들에 설치되고
    상기 제어부는 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치로부터 상기 제1패턴과 상기 제2패턴 사이의 상대 위치를 구하는 계측장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1패턴과 상기 제2패턴은 상기 대상물 위의 서로 다른 층들에 설치되고,
    상기 제어부는, 상기 제1패턴의 위치 및 상기 제2패턴의 위치로부터, 상기 제1패턴과 상기 제2패턴으로 구성되는 패턴의 위치를 구하는 계측장치.
  11. 대상물에 설치된 마크의 위치를 계측하는 계측장치로서,
    상기 마크로부터의 빛 및 상기 대상물의 상기 마크 주위의 주변 영역으로부터의 빛을 검출하는 복수의 화소를 포함하고, 상기 복수의 화소에 의해 상기 마크를 촬상하기 위해 사용된 촬상 영역을 형성하도록 구성된 촬상부와,
    상기 촬상부를 제어하여, 상기 촬상부로부터의 출력에 근거하여 상기 마크의 위치를 구하도록 구성된 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 마크의 위치에 근거하여, 상기 촬상 영역에 있어서 상기 주변 영역에 대응하는 제1 촬상 영역과 상기 마크를 촬상하기 위해 사용된 제2 촬상 영역을 설정하고,
    상기 제2 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성되는 상기 마크의 검출 신호의 강도와 상기 제1 촬상 영역으로부터의 출력에 근거하여 생성되는 신호의 강도의 상대비가 허용 범위에 속하도록, 상기 촬상부를 조정하는 계측장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 주변 영역에는 디바이스 패턴이 설치되어 있는 계측장치.
  13. 기판에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치로서,
    대상물로서의 역할을 하는 상기 기판에 설치된 마크의 위치를 계측하도록 구성된 청구항 11에 기재된 계측장치와,
    상기 계측장치에 의해 계측된 상기 마크의 위치에 근거하여 상기 기판을 위치결정하도록 구성된 스테이지를 구비한 리소그래피 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    레티클의 패턴을 상기 기판 위에 투영하도록 구성된 투영 광학계를 더 구비한 리소그래피 장치.
  15. 청구항 13에 기재된 리소그래피 장치를 사용하여 기판 위에 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 형성하는 단계에서 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 단계와,
    처리된 상기 기판으로부터 물품을 제조하는 단계를 포함하는 물품의 제조방법.
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