WO2005104196A1 - 計測方法、計測装置、露光方法及び露光装置 - Google Patents

計測方法、計測装置、露光方法及び露光装置 Download PDF

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    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

Definitions

  • the present invention relates to a measurement method and a measurement apparatus suitable for being applied to measurement of a position of a mark formed on a mask or a substrate in a lithography process in manufacturing an electronic device such as a semiconductor element, and a measurement method therefor.
  • the present invention relates to an exposure method and an exposure apparatus for performing exposure by measuring a position of a mark formed on a mask or a substrate by a method.
  • a photomask is used using an exposure apparatus.
  • a fine pattern image formed on a reticle hereinafter collectively referred to as a reticle
  • a substrate such as a glass plate or other semiconductor wafer coated with a photosensitive agent such as a photoresist (hereinafter referred to as a wafer).
  • Expose At that time, it is necessary to align the reticle and the wafer with high precision (alignment), and to superimpose the reticle pattern on the pattern on the wafer with high precision.
  • pattern miniaturization and high integration have been rapidly progressing, and such exposure apparatuses are required to have higher exposure accuracy than ever before. As a result, the requirements for accuracy for alignment have become more stringent, and higher-precision alignment has been demanded.
  • wafer position measurement is performed by measuring the position of an alignment mark (alignment mark) formed on the wafer.
  • an alignment system for measuring the position of the alignment mark for example, the mark is irradiated with light having a wide wavelength bandwidth using a halogen lamp or the like as a light source, the reflected light is imaged by a CCD camera or the like, and the obtained alignment mark is obtained.
  • An FAX (Field Image Alignment) -based off-axis * alignment sensor that measures the mark position by performing image processing on the image data of an image is known. According to this FIA-based alignment sensor, it is less susceptible to thin-film interference due to the resist layer, and it is possible to detect the position of aluminum marks and asymmetric marks with high accuracy.
  • Patent Document 2 By selecting the wavelength of the detection light, it is possible to obtain a high-contrast image of the mark (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 Patent Document 2 and a method that can detect the position with high accuracy even by using reflected light from a mark with a small step by emphasizing the change in detection light (see, for example, Patent Document 2).
  • Various methods have been proposed for performing more accurate alignment.
  • the optimal measurement conditions may differ for each measurement target (mark).
  • measurement was performed under a single measurement condition in a series of measurement processes, so measurement was performed under optimal conditions for each measurement target (mark) With limited power. If it is attempted to change the measurement conditions for each measurement object, there is a problem that the throughput is remarkably degraded, or the baseline amount fluctuates and the measurement accuracy is adversely affected. Measurements under unsatisfactory conditions could not be made.
  • Patent document 1 JP 2002-170757 A
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-134863
  • an object of the present invention is to provide a measurement method capable of performing measurement while setting an optimal measurement condition for each measurement object, and also capable of performing high-speed and high-accuracy measurement without lowering measurement throughput. And a measuring device. Another object of the present invention is to perform high-speed and high-precision positioning of a wafer or a reticle by such a measuring method. An object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus that can perform an exposure process each time.
  • a plurality of first marks formed on a predetermined substrate and to be measured, and a plurality of second marks different from the first marks are measured by a measurement system.
  • a measurement method for measuring the plurality of first marks out of the marks to be measured on the predetermined substrate by using the measurement system After a first step (S211, S411) of setting a condition to a first condition, and measuring all of the first marks on the predetermined substrate under the first condition (S212 to S215, S413 to S416), A second step (S221, S421) of switching and setting the measurement condition from the first condition to the second condition, and a plurality of the second plurality of marks among the marks to be measured on the predetermined substrate.
  • a plurality of first marks formed on a predetermined substrate and to be measured and a plurality of second marks different from the first mark are measured by a measurement system.
  • a second step (S321, S421) of setting the measurement condition of the measurement system to a second condition different from the first condition is determined by the first condition and the first condition.
  • a measurement method including a third step (S312, S322, S412, S422) of measuring each of the second conditions, respectively. It is subjected.
  • a plurality of first marks formed on a predetermined substrate and to be measured, and a plurality of second marks different from the first mark A measurement method using a measurement system including an illumination optical system for irradiating an illumination beam thereon and a light receiving optical system for receiving a beam of the mark force, wherein the measurement system is configured to measure the mark.
  • the measurement conditions that can be changed to the following, the light amount of the illumination beam, NA or ⁇ of the illumination optical system, and the light receiving optical system of the phase imparting member that imparts a predetermined phase difference to a diffracted beam of a predetermined order generated from the mark. Inserting or retracting into the optical path, Signal processing conditions for processing a photoelectric conversion signal obtained by receiving a beam generated from the laser beam, and when measuring the first mark on the predetermined substrate, The measurement condition is set as the first condition (S111),
  • a measurement method is provided in which the measurement condition of the measurement system is set to a second condition different from the first condition (S113). .
  • an exposure method for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate wherein at least one of the mask or the substrate is the first to the above-mentioned. Measuring the position of the mark formed on the mask or the substrate by the measurement method according to any one of the third aspects, and positioning the mask or the substrate based on the measurement result. An exposure method is provided.
  • a measurement device configured to measure a measurement target on an object by the measurement method according to any one of the first to third aspects described above.
  • measurement for measuring a plurality of first marks formed on a predetermined substrate and to be measured and a plurality of second marks different from the first marks is performed.
  • the measurement conditions of the measurement device are determined by the measurement conditions of the measurement device.
  • a condition setting means for setting the measurement condition to a second condition different from the first condition, and the first mark on the predetermined substrate.
  • a seventh aspect of the present invention measurement for measuring a plurality of first marks formed on a predetermined substrate and to be measured and a plurality of second marks different from the first marks is performed.
  • the measurement conditions of the measurement device are determined by the measurement conditions of the measurement device.
  • a condition setting means for setting the measurement condition to a second condition different from the first condition, and a reference position for measurement by the measuring device are held for each of the set measurement conditions.
  • a measuring device having a holding device (memory 305) is provided.
  • an apparatus for measuring a plurality of first marks formed on a predetermined substrate and to be measured and a plurality of second marks different from the first marks A measuring device comprising: an illumination optical system for irradiating an illumination beam onto the mark; and a light receiving optical system for receiving a beam from the mark, wherein the measurement device can be changed when measuring the mark.
  • the measurement conditions of the measuring device include the light amount of the illumination beam, NA or ⁇ of the illumination optical system, and the optical path of the light receiving optical system of the phase imparting member that imparts a predetermined phase difference to a diffraction beam of a predetermined order generated from the mark.
  • Signal processing conditions for processing a photoelectric conversion signal obtained by receiving or receiving a beam generated from the mark Becomes When measuring the plurality of first marks out of the marks, the measurement condition of the measuring device is set to the first condition, and when measuring the plurality of second marks, the measurement condition is set to the first condition.
  • a measuring device having condition setting means for setting a second condition different from one condition.
  • an exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate, wherein at least one of the mask or the substrate is in the form of any one of the above-described fifth to fifth aspects.
  • the position of the mark formed on the mask or the substrate is measured, and the mask or the substrate is positioned based on the measurement result.
  • An exposure apparatus having a positioning device is provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an alignment sensor of the exposure apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 3A is a view for explaining an illumination aperture stop provided in the alignment sensor shown in FIG. 2.
  • FIG. 3B is a side view for explaining a retardation plate provided in the alignment sensor shown in FIG. 2.
  • FIG. 3C is a bottom view for explaining a phase difference plate provided in the alignment sensor shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a main control system of the exposure apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 5A is a view showing a wafer mark imaged by an image sensor of the alignment sensor shown in FIG. 2.
  • FIG. 5B is a diagram showing signal waveforms when the image sensor of the alignment sensor shown in FIG. 2 images the wafer mark shown in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a view for explaining a shot arrangement on a wafer and an arrangement of sample shots and alignment marks.
  • FIG. 7 is a diagram showing a flow of a measurement process for changing a measurement condition for each axial direction.
  • FIG. 8 is a diagram showing a flow of a process of changing measurement conditions for each axial direction and continuously measuring a mark position for each axial direction.
  • FIG. 9 is a diagram showing a flow of a process of performing baseline measurement for each axial direction.
  • FIG. 10 is a diagram showing a flow of processing for re-measuring a baseline every time measurement conditions are changed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus 100 of the present embodiment.
  • each component, their positional relationship, and the like will be described based on an XYZ orthogonal coordinate system as shown in FIG.
  • the X axis and the Z axis are set parallel to the paper, and the Y axis is set perpendicular to the paper.
  • the XY plane is a plane parallel to the horizontal plane, and the Z-axis direction is the vertical direction.
  • the exposure light EL emitted from an illumination optical system irradiates a pattern area PA formed on the reticle R via the condenser lens 101 with a uniform illuminance distribution.
  • the exposure light EL for example, g-line (wavelength 436 nm), i-line (wavelength 365 nm), KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) or F-ray
  • One light (wavelength: 157 nm) or the like is used.
  • Reticle R is mounted on reticle stage 103.
  • the reticle stage 103 can be finely moved by the motor 102 in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL, and is installed so as to be two-dimensionally movable and minutely rotated in a plane perpendicular to the optical axis AX.
  • a moving mirror 105 for reflecting the laser beam from the laser interferometer 104 is fixed to an end of the reticle stage 103, and the two-dimensional position of the reticle stage 103 is set to, for example, 0.01 m by the laser interferometer 104. It is always detected with about the same resolution.
  • reticle alignment systems 106A and 106B (hereinafter collectively referred to as reticle alignment system 106) are arranged.
  • the reticle alignment system 106 detects at least two cross-shaped alignment marks formed near the outer periphery of the reticle R. Based on the measurement signal from the reticle alignment system 106, the reticle stage 1 03 is slightly moved, so that the center point of the pattern area PA of the reticle R coincides with the optical axis AX of the projection optical system PL. Is positioned.
  • the exposure light EL transmitted through the pattern area PA of the reticle R is projected onto each shot area on the wafer (substrate) W via, for example, a both-side (or one side) telecentric projection optical system PL.
  • the projection optical system PL is best corrected for aberration with respect to the wavelength of the exposure light EL, and the reticle R and the wafer W are conjugate to each other under that wavelength.
  • the projection optical system PL has a plurality of optical elements such as lenses, and the glass material of the optical elements is selected from optical materials such as quartz and fluorite depending on the wavelength of the exposure light EL.
  • the wafer W is mounted on a wafer stage 109 via a wafer holder 108.
  • a reference plate 110 is provided on the wafer holder 108.
  • a wafer fiducial mark (wafer reference mark) used for baseline measurement or the like is formed.
  • the surface of reference plate 110 is set to be the same height as the surface of wafer W.
  • the wafer stage 109 is configured to two-dimensionally position the wafer W in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, an XY stage, and a direction (Z direction) parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL.
  • An L-shaped moving mirror 111 is attached to one end of the upper surface of the wafer stage 109, and a laser interferometer 112 is arranged at a position facing the mirror surface of the moving mirror 111.
  • the movable mirror 111 includes a plane mirror having a reflection surface perpendicular to the X axis and a plane mirror having a reflection surface perpendicular to the Y axis.
  • the laser interferometer 112 irradiates the moving mirror 111 along the X axis with two laser interferometers for the X axis and irradiates the moving mirror 111 with the laser beam along the Y axis. It is composed of a laser interferometer for the Y axis, and the X coordinate and the Y coordinate of the stage 109 are measured by one laser interferometer for the X axis and one laser interferometer for the Y axis. The rotation angle of wafer stage 109 in the XY plane is measured based on the difference between the measured values of the two laser interferometers for the X axis.
  • the two-dimensional coordinates of the wafer stage 109 are always detected by the laser interferometer 112 with a resolution of, for example, about 0.01 ⁇ m, and the two-dimensional coordinates of the wafer stage 109 are determined based on the coordinates in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • Stage coordinate system (stationary coordinate system) (X, y) is determined. That is, the coordinate values of the wafer stage 109 on the stage coordinate system (X, y) measured by the laser interferometer 112.
  • the position measurement signal PDS indicating the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by the laser interferometer 112 is output to the main control system 300.
  • Main control system 300 generates a control signal for controlling the position of wafer stage 109 based on the supplied position measurement signal PDS, and outputs it to motor 113.
  • the main control system 300 passes through the condenser lens 101 and the projection optical system PL by controlling whether or not a light source power (not shown) also emits the exposure light and the intensity of the exposure light when the exposure light is emitted. Control the exposure light.
  • the exposure apparatus 100 includes an off-axis type FIA (Field Image Alignment) type (imaging type) alignment optical system 200 (hereinafter, referred to as an alignment sensor 200) on the side of the projection optical system PL. Be prepared for.
  • FIA Field Image Alignment
  • imaging type imaging type alignment optical system 200
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the alignment sensor 200.
  • broadband illumination light (broadband light) emitted from a light source 241 such as a halogen lamp is incident on an illumination field stop 244 via a condenser lens 242 and a wavelength selection mechanism 243.
  • the wavelength selection mechanism 243 is a light flux in a wavelength region that is insensitive to the photoresist applied to the ueno or W, and is suitable for detecting a mark or the like to be detected (alignment target). This is a mechanism for transmitting only a light beam in a wavelength range.
  • the wavelength selection mechanism 243 for example, arranges a plurality of filters each of which extracts light having a different wavelength from each other, and arranges one of the plurality of filters on the optical path of the broadband light emitted from the light source 241.
  • a filter driving unit is a light flux in a wavelength region that is insensitive to the photoresist applied to the ueno or W, and is suitable for detecting a mark or the like to be detected (alignment target). This is a mechanism for transmitting only a light beam in a wavelength range.
  • the wavelength selection mechanism 243 for example, arranges a plurality of filters each of which extracts light having a different wavelength from each other, and arranges one of the pluralit
  • the wavelength selection mechanism 243 includes a light beam having a wavelength of 530 to 620 nm (green light), a light beam having a wavelength of 620 to 710 nm (orange light), a light beam having a wavelength of 710 to 800 nm (red light), and a light beam having a wavelength of 530 to 800 nm (red light). (White light). It is preferable that the filter used for selecting the wavelength is arranged at a position conjugate with the light source 241 and hardly causes color unevenness.
  • the filter is not limited to the type that transmits the predetermined wavelength range as described above, and a filter that cuts the predetermined wavelength range is used, and only a desired wavelength is extracted and transmitted by a combination of a plurality of wavelength cut filters. You may make it do.
  • the illumination light DL transmitted through the transmission part of the illumination field stop 244 enters the illumination aperture stop 246 (263) via the relay lens 245. Further, the illumination light DL illuminates a desired illumination area such as an area including a mark WM to be subjected to the position detection of the Ueno and the W through the beam splitter 247 and the objective lens 248.
  • the illumination field stop 244 is substantially conjugate to the surface (wafer mark WM) of the wafer W (wafer mark WM), and depends on the shape and size of the transmission portion of the illumination field stop 244, and The illumination area can be limited.
  • the illumination aperture stop 246 (263) has a surface (illumination system) that has an optical Fourier transform relationship with respect to the surface of the wafer (wafer mark WM) via the objective lens 248 and the beam splitter 247. (Referred to as the pupil plane).
  • an illumination aperture stop 246 having a normal circular transmission portion and an illumination aperture stop 263 having an annular transmission portion 263a as shown in FIG. 3A can be selected.
  • Normal illumination for the mark When performing alignment (mark) measurement using the state (so-called normal illumination), the illumination aperture stop 246 should be arranged on the illumination optical path, and so-called deformed illumination (or annular illumination as oblique illumination) should be used.
  • the illumination aperture stop 263 is arranged on the illumination optical path. Which one of the aperture stops 246 and 263 is selected is determined according to the level difference, the fineness, the line width, and the like of the wafer mark WM. Since this is known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-306609, a detailed description is omitted here.
  • the illumination aperture stop 263 as shown in FIG. 3A can be used together with a phase difference plate 264 described later. By using these, the alignment sensor 200 functions as a phase difference microscope type sensor. Can be done. In this case, the annular transmission portion 263a of the illumination aperture stop 263 is set so that the image enters the annular phase difference adding portion 264a on the phase difference plate 264 described later.
  • the light beam reflected by the illumination area including the wafer mark WM on the wafer W passes through the objective lens 248 and the beam splitter 247 and optically relates to the surface of the wafer W through a surface (connection). (Referred to as an image system pupil plane).
  • the light is incident on an image forming aperture stop 249 having a circular opening arranged at H2.
  • an image forming aperture stop provided with a light-shielding portion having a ring-shaped light-shielding shape as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-306609 is configured so as to be insertable into and removable from the image forming optical path.
  • the dark field detection may be performed in combination with the illumination aperture stop 263 described above. If the wafer mark is a low step mark, it is preferable to perform dark field detection, and if the wafer mark is a high step mark, it is preferable to retract this image forming aperture out of the optical path and set it to a bright field detection method.
  • phase difference plate 264 when applying the illumination aperture stop 263 as shown in FIG. 3A as the illumination aperture stop, the phase difference plate 264 is contracted in close proximity to the imaging aperture stop 249 (light projection). ) Inserted and arranged on the optical path, and the reflected light beam from the Ueno and W enters the phase difference plate 264 together with the image forming aperture stop 249.
  • This phase difference plate 264 is one in which a ring-shaped phase difference addition portion 264a is attached to the bottom surface of a circular glass substrate as shown in a side view in FIG. 3B and a bottom view in FIG. 3C, respectively.
  • the image of the annular transmission portion 263a of the illumination aperture stop 263 is set on the retardation plate 264 so as to enter the annular phase difference adding portion 264a.
  • the phase difference plate 264 converts the imaging light flux transmitted through the phase difference adding section 264a and the imaging light flux transmitted through the other portions into + Z2 [rad] or Z2 [rad].
  • phase difference adding section 264a shown in FIGS. 3A and 3C may further have a dimming action for attenuating the transmitted light flux. That is, a light absorbing member such as a metal thin film may be added to the phase difference adding section 264a.
  • the light beam that has passed through the imaging aperture stop 249 is condensed by the imaging lens 250, passes through the beam splitter 251, and forms an image of the wafer mark WM on the index plate 252.
  • Index marks 252a and 252b are formed on the index plate 252.
  • a light source 255 such as a light emitting diode (LED), a condenser lens 256, an index illumination field stop 257, a lens 258, and the like constitute an index plate illumination system, and the illumination light from the index plate illumination system is used as a beam splitter 2. It is set so that only a partial area including the index marks 252a and 252b is illuminated via 51.
  • the shape of the transmissive portion of the illumination field stop 244 is set so that the partial region including the index marks 252a and 252b is not illuminated and is shielded. Therefore, the image of the wafer mark WM is not formed so as to overlap the index marks 252a and 252b.
  • the image of the wafer mark WM formed on the index plate 252 and the light beams from the index marks 252a and 252b are condensed on an image sensor 254 such as a CCD by a relay lens 253.
  • an image sensor 254 such as a CCD
  • the image of the wafer mark WM and the images of the index marks 252a and 252b are formed on the imaging surface of the imaging element 254.
  • the imaging signal SV from the imaging element 254 is output to the main control system 300, and the main control system 300 calculates the position information of the mark.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of main control system 300 and components related thereto.
  • the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the main control system 30 0 is FIA operation unit 301, waveform data storage device 302, alignment data storage unit 303, operation unit 304, storage unit 305, shot map data unit 306, system controller 307, wafer stage controller 308, reticule stage controller 309, a main focus system 320 and an alignment focus system 330.
  • the waveform data storage device 302 receives an imaging signal (waveform data) SV detected by the alignment sensor 200 and supplied via the FIA operation unit 301, and a signal from the main focus system 320 and the alignment focus system 330. Is a circuit for storing the output signal of the first embodiment.
  • the waveform data storage device 302 stores various alignment marks provided on the wafer W and a signal waveform of the wafer fiducial mark W FM formed on the reference plate 110 provided on the wafer holder 108. Is done.
  • Ueno and W FIG. 6
  • a one-dimensional X mark and a Y mark are separately formed in association with each shot area.
  • the waveform data of the X mark and the waveform data of the Y mark are separately stored in the waveform data storage device 302.
  • the mark shape is not limited to this shape, but may be a mark that can be measured in two dimensions simultaneously.
  • the FIA operation unit 301 reads out the waveform data from the waveform data storage device 302 as necessary, and obtains position information of each mark (waveform data), that is, the coordinate position in the stage coordinate system (x, y), The obtained position information is output to the alignment data storage unit 303.
  • the FIA operation unit 301 generates waveform data or detects a coordinate position from the waveform data according to a predetermined signal processing algorithm specified by the system controller 307.
  • FIG. 5A shows a mark Mxl for position detection in the X-axis direction which is imaged by the image sensor 254 (see FIG. 2) of the alignment sensor 200
  • FIG. 5B shows a waveform of the obtained image signal.
  • FIG. 5A in the imaging field of view VSA of the image sensor 254, a plurality of marks Mxl that also have a linear no-turn force, and an index formed on the index plate 252 (see FIG. 2) so as to sandwich the mark Mxl. Marks FM1 and FM2 are arranged.
  • the image sensor 254 electrically scans the images of the mark Mx1 and the index marks FM1 and FM2 along the horizontal scanning line VL.
  • multiple scanning lines that fit within the imaging field of view VSA It is desirable to average the level of the image signal obtained by the horizontal scanning lines for each pixel in the horizontal direction.
  • an imaging signal having concave portions corresponding to the index marks FM1 and FM2 on both sides is obtained as shown in FIG. 5B, and this imaging signal is stored in the waveform data storage device 302 via the FIA operation unit 301. Is stored.
  • the FIA operation unit 301 detects the concave portion of the imaging signal at the slice level SL2, and obtains the center position of both concave portions on the pixel. Then, a reference position X based on the index marks FM1 and FM2 is determined as the center of the two center positions.
  • the reference position X thereof may be obtained from the position of the right edge of the index mark FM1 and the position of the left edge of the index mark FM2.
  • the waveform of the portion corresponding to the mark Mxl in the imaging signal has a concave portion at a position corresponding to the left edge and the right edge of each linear pattern.
  • the FIA operation unit 301 detects the concave portion corresponding to the mark Mxl of the imaging signal at the slice level S L1, finds the center position of each linear pattern, averages each center position, and averages the center position of the mark Mxl. Is calculated. Then, the previously obtained reference position X and mark Mxl
  • the value obtained by adding the calculated difference ⁇ X to the coordinate position of the wafer stage 109 when the wafer mark Mxl is positioned is supplied to the alignment data storage unit 303 as mark position information.
  • selectable signal processing conditions include a waveform analysis algorithm, a slice level SL1, and a processing gate width GX (pixel The center position of the width Gx and its width).
  • a waveform analysis algorithm for example, when obtaining the center position of each linear pattern as disclosed in JP-A-4-65603, as shown in FIG. 5B, the left edge of the linear pattern is determined. And the slopes corresponding to the right edge BS, BS, and BS, BS
  • the alignment data storage unit 303 stores the position of each mark detected by the FIA operation unit 301. Storage information. Also, the coordinate position (position information in the coordinate system of the projection optical system PL) when the wafer fiducial mark WFM input from the reticle alignment system 106 via the system controller 107 is observed by the reticle alignment system 106 is determined.
  • Each coordinate position stored in the alignment data storage unit 303 is supplied to the arithmetic unit 304 and used for EGA processing, baseline measurement processing, and the like.
  • the position information stored in the alignment data storage unit 303 is directly supplied to the system controller 307 as needed. For example, in the case of multi-step processing in which fine measurement is performed after aligning the position of the wafer W based on the result of the rough measurement, or the mark formed on the wafer W is a When the mark for measuring the position information in the axial direction is formed separately, the wafer W is moved based on the measurement result of the mark for measuring the position information in the X axis direction and The position information stored in the alignment data storage unit 303 is directly supplied to the system controller 307, for example, when measuring a mark for measuring the position information of the target.
  • the shot map data storage unit 306 stores design array coordinate values of a mark belonging to each shot area on the wafer W in the coordinate system (X, y) on the wafer W. These designed array coordinate values are supplied to the arithmetic unit 304 and the system controller 307.
  • the arithmetic unit 304 detects EGA parameters. That is, based on the measured coordinate values and the design coordinate values, the least-squares method is used to convert the design array coordinate values in the coordinate system (X, y) on the wafer W into the stage coordinate system (X, y). Conversion parameters for calculating the array coordinate values in the calculation are obtained, and these conversion parameters are stored in the storage unit 305.
  • the arithmetic unit 304 stores the positional coordinates of the wafer fiducial mark WFM measured by the alignment sensor 200 and stored in the alignment data storage unit 303, and the projection optical system PL by the reticle alignment system 106.
  • the distance between the optical axis of the alignment sensor 200 and the optical axis AX of the projection optical system PL that is, the amount of the baseline, is detected by detecting the distance from the position coordinates of the wafer fiducial mark WFM measured via the calculate .
  • the baseline amount is separately measured for each alignment measurement condition set (used) at the time of mark measurement. Further, the detected baseline amounts are stored in the storage unit 305 in correspondence with the set alignment measurement conditions.
  • the system controller 307 uses the EGA parameters obtained by the arithmetic unit 304 stored in the storage unit 305 to calculate the stage coordinates from the design array coordinates in the coordinate system (X, y) on the wafer W. Find the calculated array coordinates in the system (X, y). Then, the system controller 307 drives the wafer stage 109 via the motor 113 while monitoring the measurement value of the laser interferometer 112 via the wafer stage controller 308, thereby positioning each shot area on the wafer W and setting each shot area. Exposure to the shot area is performed.
  • the system controller 307 controls the position of the reticle R by driving the reticle stage 103 via the motor 102 while monitoring the measurement value of the laser interferometer 104 via the reticle stage controller 309. .
  • Exposure apparatus 100 detects the positions of ene, W set on wafer stage 109 (on wafer holder 108) and a plurality of shot areas defined on wafer W with high precision, and sets these to desired positions. The alignment is performed with high precision, and the image of the pattern formed on the reticle R is projected and exposed on each shot area.
  • the first to fourth specific examples of the process of measuring the position of the mark formed on the wafer and the process of detecting the amount of the baseline in connection with this alignment process are described. A description will be given with a processing example. Note that any of the processes described below is realized by the main control system 300 of the exposure apparatus 100 operating according to a control program set in the main control system 300, thereby controlling each unit of the exposure apparatus 100. Things.
  • FIG. 6 is a diagram showing an arrangement of shot areas on the wafer W and an arrangement of sample shots and alignment marks.
  • shot areas ESI, ES2 ′ ′′ ESN are regularly defined along a coordinate system (X, y) set on the wafer W.
  • X, y a coordinate system set on the wafer W.
  • each shot area ESi is divided by a street line having a predetermined width in the X direction and the y direction.
  • the position of each shot area ESi in the X-axis direction is measured.
  • the mark (X mark) and the mark (Y mark) for measuring the position in the Y-axis direction are formed separately. That is, an X mark Mxi for alignment in the X-axis direction is formed in a range in contact with each shot area ESi of the street line extending in the X direction, and is in contact with each shot area ESi of the street line extending in the y direction.
  • a Y mark Myi for performing an alignment in the Y-axis direction is formed in the range.
  • the marks Mxi and Myi are marks in which a plurality of linear patterns are arranged at a predetermined pitch in the X direction and the y direction, respectively, as shown in FIG.
  • the measurement conditions when measuring the mark with alignment sensor 200 are different between the X mark and the Y mark. Although such a state can occur due to various factors, in the present embodiment, as described in, for example, Japanese Patent No. 2591746, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-249558, etc.
  • an alignment in the Y direction is made with respect to the immediately preceding layer (as a reference), and X Assuming that the direction alignment is performed (as a reference) on the immediately preceding layer, the following situation is assumed as an example.
  • the alignment in the Y direction is performed with respect to the pattern (mark) formed on the outermost layer among the layers of the pattern already formed on the wafer W and the position in the X direction.
  • the alignment shall be made for the pattern (mark) formed in the layer below the outermost layer. Therefore, when observing the X mark at the time of alignment measurement, it is necessary to observe the X mark formed on the layer below the outermost layer through the outermost layer where the Y mark is formed from the upper surface of the wafer W. Become. Therefore, the alignment measurement conditions (illumination conditions, optical conditions, signal processing algorithms, etc.) for properly measuring the X mark are different from the alignment measurement conditions for properly measuring the Y mark.
  • shot areas SA1 to SA4 shaded in FIG. 6 indicate sample shots when the EGA is applied to the wafer W, and will be described later in each processing example.
  • a process of detecting the position of each shot region of the wafer W by the EGA method as described above will be described with reference to FIG.
  • a predetermined plurality (three or more) of shot areas are selected as sample shots from the shot areas ES1 to ESN of the wafer W, and the stage coordinate system (X, y) of each sample shot is selected. Measure the coordinate position above.
  • four shot areas SA1 to SA4 hatched in FIG. 6 are selected.
  • the positions of the sample shots SA1 to SA4 are measured.
  • the feature of the first processing example is that the marks (X mark, Y mark) are sequentially measured for each shot, and the measurement conditions are set for each measurement of each shot (each measurement of each mark). The point is to switch.
  • the system controller 307 of the main control system 300 moves the wafer stage 109 via the wafer stage controller 308 based on the shot map stored in the shot map data unit 306, and sets the wafer stage 109 for the sample shot SA1.
  • the Y mark My 1 for position measurement in the Y-axis direction is placed in the measurement field of view of the alignment sensor 200. Further, the system controller 307 observes the Y mark Myl, takes an image, and further adjusts the alignment sensor 200 and the main control system 300 so that the alignment measurement conditions (first condition) are optimal for measuring the position.
  • the setting of each part is controlled (step Slll).
  • the Y mark Myl is a mark formed on the outermost layer of the pattern layer formed on the wafer W, as described above, so that a special observation light ( It is sufficient to observe with broadband white light which does not need to limit the wavelength of illumination light). Therefore, the system controller 307 controls the wavelength selection mechanism 243 such that the wavelength selection mechanism 243 of the alignment sensor 200 selects a filter that transmits a light beam (white light) having a wavelength of 530 to 800 nm.
  • the main control system 300 includes an illumination field stop 244, an illumination aperture stop 246, an imaging aperture stop 249, and an index illumination field stop 257 as alignment measurement conditions other than the above-described wavelength of the alignment light.
  • the numerical aperture NA and ⁇ of the optical system of the alignment sensor 200 and the amount of illumination (light sources 241 and 255) are controlled.
  • the main control system 300 (system controller 307) may also be used as required (for alignment measurement conditions (first condition )),
  • An illumination aperture stop disposed downstream of the relay lens 245 is replaced with an illumination aperture stop 246 having a normal circular transmission portion and an illumination having an annular transmission portion 263a as shown in FIG. 3A.
  • a ring-shaped light-shielding part (cuts the 0th-order diffracted light from the mark)
  • a stop (not shown) having a light-shielding part) is inserted / removed to switch the dark field Z bright field detection method, or the phase difference plate 264 is located at a position close to the image forming aperture stop 249 after the image forming aperture stop 249.
  • the alignment sensor 200 is inserted so as to be controlled so as to function as a phase contrast microscope type sensor.
  • the system controller 307 selects the most suitable algorithm for the measurement of the Y mark My1 as the signal processing algorithm (one of the alignment measurement conditions) used in the FIA operation unit 301 of the main control system 300.
  • the FIA operation unit 301 is controlled as described above.
  • the Y mark Myl is measured. (Step S112). That is, the detected area including the mark Myl to be measured is irradiated with the illumination light emitted from the light source 241, and the reflected light from the detected area is converted into an image signal by the image sensor 254. The captured image signal of the Y mark Myl is transferred from the alignment sensor 200 to the main control system 300 and stored in the waveform data storage device 302 of the main control system 300.
  • the FIA operation unit 301 reads it out, and according to the signal processing conditions set in step S111, that is, the selected predetermined algorithm, operation process, and slice Signal processing is performed using the level and the like, and a mark is detected from a captured image, and its position is obtained.
  • the position coordinates are stored in the alignment data storage unit 303, and the measurement of the coordinates (Y coordinates) of the Y mark Myl with respect to the first sample shot area SA1 ends.
  • the system controller 307 of the main control system 300 stores the! /, Based on the shot map stored in the shot map data unit 306! seat Based on the relative value of the design value between the target and the coordinates of the X mark Mxl to be measured next, and the position information of the currently measured Y mark Myl, the wafer stage 109 is set via the wafer stage controller 308. Is moved, and the X mark Mxl for position measurement in the X-axis direction provided for the sample shot SA1 is arranged in the measurement visual field of the alignment sensor 200.
  • the system controller 307 observes the X mark Mxl, captures the image, and sets an alignment measurement condition (a second condition different from the first condition) suitable for measuring the position.
  • the setting of each part in the alignment sensor 200 and the main control system 300 is controlled (step S113).
  • the X mark Mxl is a mark formed in a layer one layer below the outermost layer of the pattern layer formed on the wafer W, so that the observation light for appropriately observing the mark is formed. It is preferable to use observation light (illumination light) having a high transmittance for the material constituting the outermost layer.
  • the system controller 307 selects a filter that transmits a light beam (red light) having a wavelength of 710 to 800 nm in the wavelength selection mechanism 243 of the alignment sensor 200.
  • the wavelength selection mechanism 243 is controlled so that the
  • the main control system 300 (system controller 307) controls the light source 241 and the light source 241 so that the optimum measurement conditions for the measurement of the X mark Mxl are obtained.
  • Control of the apertures 244, 246, 249 and 257, selection of the illumination aperture stop, arrangement of the phase difference plate, signal processing conditions in the FIA operation unit 301 of the main control system 300, etc. ) Is set and controlled as necessary.
  • the X mark Mxl to be measured is placed in the measurement visual field and the measurement conditions are set to conditions optimal for the measurement of the X mark Mxl
  • the X mark Mxl is measured (step S114). That is, the detection area including the X mark Mxl to be measured is irradiated with the red illumination light emitted from the light source 241, and the reflected light of the detection area is converted into an image signal by the image sensor 254. Convert.
  • the captured image signal of the X mark Mxl is transferred from the alignment sensor 200 to the main control system 300 and stored in the waveform data storage device 302 of the main control system 300.
  • the FIA operation unit 301 reads it out, and in accordance with the signal processing conditions set in step S113, Signal processing is performed using the predetermined algorithm, arithmetic processing, slice level, etc.
  • a mark is detected from the captured image.
  • the position coordinate is stored in the alignment data storage unit 303, and the measurement of the X coordinate of the first mark is completed.
  • the positions of the Y mark and the X mark for the second to fourth sample shots are measured in the same manner. That is, for example, by switching the wavelength range of the illumination light as one of the alignment measurement conditions to broadband white light (broadband illumination), the measurement condition (first condition) suitable for the Y mark measurement is set (step S121). ), The position of the Y mark My2 with respect to the second sample shot SA2 is measured (step S122). Next, for example, the wavelength range of the illumination light as one of the alignment measurement conditions is switched to red light (red illumination) to set the measurement conditions (second conditions) suitable for the measurement of the X mark (step S123). ), The position of the X mark Mx2 with respect to the second sample shot S A2 is measured (step S124).
  • the wavelength range of the illumination light as one of the alignment measurement conditions is switched to broadband white light (broadband illumination).
  • set the measurement conditions (first condition) appropriate for the measurement of the Y mark (Steps S131 and S141), and position the Y marks My3 and My4 with respect to the third and fourth sample shots SA3 and SA4.
  • the measurement is performed (steps S132 and S142).
  • the wavelength range of the illumination light which is one of the alignment measurement conditions, is switched to red light (red illumination) to set the measurement conditions (second conditions) suitable for the X mark measurement (step S133 and S14 3), and measure the positions of the X marks Mx3 and Mx4 with respect to the third and fourth sample shots SA3 and SA4 (steps S134 and S144).
  • the above processing is repeated, and the marks Mxl, Myl, Mx2, My2, Mx3, My3, Mx4, and My4 for the sample shots SA1 to SA4 set on the wafer W are measured by the j injection.
  • the measurement of the position of the alignment mark ends.
  • the measured coordinate values are supplied to the arithmetic unit 304 via the alignment data storage unit 303 of the main control system 300.
  • the arithmetic unit 304 obtains a parameter satisfying a preset EGA calculation formula from the design coordinate value of the mark and the measured coordinate value using, for example, the least square method.
  • the arithmetic unit 304 calculates the calculated array coordinate value of each shot area ESi by applying the determined parameters and the designed array coordinate values of each shot area ESi to the EGA calculation formula.
  • an exposure process is performed based on the obtained array coordinate values.
  • a baseline amount which is an interval between a measurement center of the alignment sensor 200 and a reference point in an exposure field of the projection optical system PL is obtained in advance. Therefore, the system controller 307 sequentially determines the position of each shot area ESi based on the calculated coordinate values obtained by correcting the baseline amount to the array coordinates calculated by the arithmetic unit 304. Then, the pattern image of the reticle R is exposed.
  • measurement is performed for each layer to be measured (in other words, for each X mark and Y mark, in other words, in the measurement in the X-axis direction and the measurement in the Y-axis direction).
  • the conditions are switched so that measurement can be performed under the optimum conditions for each measurement target mark. Therefore, each mark is appropriately imaged and its position is appropriately measured, so that the position can be measured with high accuracy, and highly accurate alignment can be performed.
  • the second processing example of the exposure apparatus 100 is a processing of detecting the position of each shot area of the wafer W by the EGA method as in the first processing example described above, and the position of an alignment mark for each shot area is A method of continuously detecting each layer or each type of mark (each alignment mark in the X-axis direction and the Y-axis direction) will be described.
  • the wafer W to be processed, the arrangement of shot areas, the selected sample shots, and the marks for position detection are all the same as those in the first processing example described above.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow according to a mark position measuring method shown as a second processing example.
  • the system controller 307 of the main control system 300 most preferably measures the position of the alignment marks (Y marks) Myl to My4 in the Y-axis direction with respect to the four sample shots SA1 to SA4.
  • the alignment measurement condition (first condition) used in the alignment sensor 200 and the main control system 300 is determined and set (step S211).
  • the alignment measurement conditions to be selected include, for example, the light source 2 of the illumination light. There is a light emission amount of 41 and a light source 255 of the indicator plate illumination light. Further, there are aperture states of an illumination field stop 244, an illumination aperture stop 246, an imaging aperture stop 249 (or an imaging aperture stop having the above-described annular light shielding unit), and an index illumination field stop 257. By controlling these, it is possible to set and control the illumination conditions (normal illumination Z deformed illumination), the dark field Z bright field detection method, the numerical apertures NA and ⁇ of the optical system, the illumination light amount, and the like. Further, by controlling the filter used in the wavelength selection mechanism 243, the wavelength of the illumination light (measurement light) can be selected.
  • the illumination aperture stop was changed from an illumination aperture stop 246 having a normal circular transmission portion to an illumination aperture stop 263 having an annular transmission portion 263a as shown in FIG.
  • the phase difference plate 264 By arranging the phase difference plate 264 at a position close to the image forming aperture stop 249 at the subsequent stage of the image forming aperture stop 249, it is possible to control the alignment sensor 200 to function as a phase difference microscope type sensor. .
  • the alignment measurement conditions include signal processing conditions, and the waveform analysis (waveform processing) algorithm used in the FIA calculation unit 301 of the main control system 300 and the EGA used in the calculation unit 304 are used.
  • waveform analysis (waveform processing) algorithm used in the FIA calculation unit 301 of the main control system 300 and the EGA used in the calculation unit 304 are used.
  • signal processing algorithms such as calculation models, selection of various parameters used in each selected signal processing algorithm, and the like.
  • the wavelength of the illumination light in the alignment sensor 200 is optimized.
  • the Y marks Myl to My4 formed on the wafer W to be processed are marks formed on the outermost layer of the pattern layers (layers) laminated on the wafer W, as described above, and are observed. In particular, it is sufficient to observe with broadband white light, which does not need to limit the wavelength of special observation light (illumination light). Therefore, the system controller 307 sets (controls) the wavelength selection mechanism 243 so that the filter that transmits the light flux (white light) having a wavelength of 530 to 800 nm is selected in the wavelength selection mechanism 243 of the alignment sensor 200.
  • the position measurement (position measurement in the Y-axis direction) of the Y marks Myl to My4 of the first to fourth sample shots SA1 to SA4 is performed sequentially and continuously (steps S212 to S215). ).
  • the system controller 307 of the main control system 300 receives a game map via the wafer stage controller 308 based on the shot map stored in the shot map data section 306.
  • the Y mark Myl for position measurement in the Y-axis direction provided for the sample shot SA1 is arranged in the measurement visual field of the alignment sensor 200.
  • the main control system 300 controls the measurement conditions of the alignment sensor 200 and performs imaging of the Y mark My 1 under the optimum measurement conditions. Is measured (step S212).
  • the detection area including the Y mark Myl is irradiated with illumination light emitted from the light source 241 and passed through the wavelength selection mechanism 243, the illumination field stop 244, and the like. Then, the reflected light from the detected area is received by the image sensor 254 via the imaging aperture stop 249 and the index plate 252 and the like, and an image signal is generated by photoelectric conversion.
  • the obtained image signal of the Y mark Myl is transferred from the alignment sensor 200 to the main control system 300 and stored in the waveform data storage device 302 of the main control system 300.
  • the imaging signal stored in the waveform data storage device 302 is read by the FIA operation unit 301, and subjected to signal processing according to the signal processing conditions set in step S211, that is, according to the set processing algorithm and parameters. .
  • the Y mark Myl is extracted from the imaging signal, and its position is detected.
  • the positional information (coordinate value) of the detected Y mark Myl is stored in the alignment data storage unit 303. This completes the process of measuring the position of the Y mark Myl of the first sample shot SA1.
  • the position of the Y mark My2 of the second sample shot SA2 is measured (step S213). Based on the shot map stored in the shot map data section 306, the system controller 307 of the main control system 300 becomes the current measurement target!
  • the Y mark Myl of the first sample shot SA1 Relative to the design value of the coordinates of the second sample shot SA2 to be measured next and the coordinates of the Y mark My2 of the second sample shot SA2, and the Y mark Myl of the first sample shot SA1 currently measured
  • the wafer stage 109 is moved via the wafer stage controller 308, and the Y mark My2 of the second sample shot SA2 is arranged within the measurement field of the alignment sensor 200.
  • the main control system 300 controls the measurement conditions of the alignment sensor 200 while the Y mark of the first sample shot SA1 described above.
  • the Y mark My2 is imaged and its position is measured under optimal measurement conditions.
  • the measurement can be performed under the same measurement conditions. That is, the Y mark My2 can be measured immediately after the Y mark My1 without changing the measurement conditions.
  • the system controller 307 of the main control system 300 executes the processing based on the shot map stored in the shot map data unit 306 Then, the Y mark My3 of the third sample shot SA3 is arranged within the measurement field of view of the alignment sensor 200, and the position of the Y mark My3 of the third sample shot SA3 is measured (step S214). Further, when the position measurement of the Y mark My3 of the third sample shot SA3 is completed, the Y mark My4 of the fourth sample shot SA4 is arranged within the measurement field of the alignment sensor 200, and the Y mark My4 of the fourth sample shot SA4 is obtained. The position of the mark My4 is measured (step S215).
  • the system controller 307 of the main control system 300 determines and sets the optimal alignment measurement conditions (second conditions) so that the position measurement of the X marks Mxl to Mx4 can be performed under the optimal measurement conditions. Yes (step S221).
  • the optimization of the wavelength of the illumination light in the alignment sensor 200 is performed as a measurement condition (as an example of the second condition) as in the case of the position measurement of the Y marks Myl to My4. Shall be performed.
  • the X marks Mxl to Mx4 formed on the wafer W to be processed are stacked on the ueno and W, and the marks formed on the lower layer of the outermost layer of the pattern layer (layer).
  • observation light illumination light having a high transmittance for the material constituting the outermost layer.
  • observation light is, for example, light in a red region.
  • the system controller 307 sets (controls) the wavelength selection mechanism 243 so that the filter that transmits the light flux (red light) having a wavelength of 710 to 800 nm is selected in the wavelength selection mechanism 243 of the alignment sensor 200. Do). After the measurement conditions are set, the position measurement (position measurement in the X-axis direction) of the X marks Mxl to Mx4 of the first to fourth sample shots SA1 to SA4 is sequentially and continuously performed (steps S222 to S225). ) o
  • the system controller 307 of the main control system 300 controls the wafer stage 109 via the wafer stage controller 308 based on the shot map stored in the shot map data section 306. Then, the X mark Mxl for position measurement in the X-axis direction provided for the sample shot SA1 is arranged in the measurement field of view of the alignment sensor 200. Then, while controlling the measurement conditions of the alignment sensor 200, the main control system 300 captures an image of the X mark Mxl under the optimal measurement conditions, and measures its position (step S222).
  • the detection area including the Y mark Myl is irradiated with red illumination light emitted from the light source 241 and passed through the red bandpass filter of the wavelength selection mechanism 243. Then, the reflected light from the detected area is received by the image sensor 254 via the imaging aperture stop 249 and the index plate 252 and the like, and an image signal is generated by photoelectric conversion.
  • the obtained image signal of the X mark Mxl is transferred from the alignment sensor 200 to the main control system 300 and stored in the waveform data storage device 302 of the main control system 300.
  • the imaging signal stored in the waveform data storage device 302 is read by the FIA operation unit 301, and subjected to signal processing according to the signal processing conditions set in step S221, that is, according to the set processing algorithm and parameters. .
  • the X mark Mxl is extracted from the imaging signal, and its position is detected.
  • the positional information (coordinate values) of the detected X mark Mxl is stored in the alignment data storage unit 303.
  • the position measurement processing of the X mark Mxl of the first sample shot SA1 ends.
  • step S223 the position measurement of the X mark Mxl of the first sample shot SA1 is completed.
  • the position measurement of the X mark Mx2 of the second sample shot SA2 is performed (step S223).
  • the system controller 307 of the main control system 300 becomes the current measurement target!
  • the X mark Mxl of the first sample shot SA1 Relative to the design value of the coordinates of the second sample shot SA2 to be measured next and the coordinates of the X mark Mx2 of the second sample shot to be measured, and the X
  • the wafer stage 109 is moved via the wafer stage controller 308 based on the position information of the mark Mxl, and the X mark Mx2 of the second sample shot SA2 is arranged within the measurement field of the alignment sensor 200.
  • the main control system 300 controls the measurement conditions of the alignment sensor 200 and performs the same processing as the measurement processing of the X mark Mxl of the first sample shot SA1 described above. With this process, the X mark Mx2 is imaged and its position is measured under optimal measurement conditions. At this time, since the mark to be measured immediately before is the X mark for performing the same X-axis alignment as the mark to be measured this time, the measurement can be performed under the same measurement conditions. That is, the X mark Mx2 can be measured immediately after the X mark Mx1 without changing the measurement conditions.
  • the system controller 307 of the main control system 300 performs the processing based on the shot map stored in the shot map data section 306 and V Then, the X mark Mx3 of the third sample shot SA3 is arranged in the measurement field of view of the alignment sensor 200, and the position of the X mark Mx3 of the third sample shot SA3 is measured (step S224). Further, when the position measurement of the X mark Mx3 of the third sample shot SA3 is completed, the X mark Mx4 of the fourth sample shot SA4 is arranged within the measurement visual field of the alignment sensor 200, and the X mark of the fourth sample shot SA4 is obtained. The position of the mark Mx4 is measured (step S225).
  • the position measurement of each of the marks Myl to My4 and Mxl to Mx4 with respect to the sample shots SA1 to SA4 set on the wafer W is completed.
  • the measured coordinate values are supplied to the arithmetic unit 304 via the alignment data storage unit 303 of the main control system 300.
  • the arithmetic unit 304 obtains a parameter that satisfies a predetermined EGA calculation formula from a design coordinate value of the mark and the measured coordinate value, for example, using a least square method.
  • the arithmetic unit 304 calculates the calculated array coordinate values of each shot area ESi by applying the calculated parameters and the designed array coordinate values of each shot area ESi to the EGA calculation formula.
  • an exposure process is performed based on the obtained array coordinate values.
  • the measurement center of the alignment sensor 200 and the reference point in the exposure field of the projection optical system PL are used.
  • the baseline amount which is the interval between, is determined in advance. Therefore, the system controller 307 sequentially positions each shot area ESi on the basis of the calculated coordinate values obtained by correcting the baseline amount to the array coordinates calculated by the arithmetic unit 304, A pattern image of the reticle R is exposed on each shot area. After the exposure of all shot areas of one wafer W is completed, the wafer W is unloaded and the same processing is performed on the next wafer of the same lot.
  • the final position information used for position control of the wafer stage 109 for exposing each shot area of the wafer W is calculated by performing EGA based on the position measurement result by the alignment sensor 200. This is a value obtained by correcting the position information of the shot area using a baseline amount which is a difference between a reference position in the measurement visual field of the alignment sensor 200 and a reference position in the projection visual field of the projection optical system.
  • mark detection and mark detection are performed under different measurement conditions for each layer (in the X-axis direction and the Y-axis direction).
  • the position is measured, but it is used by the alignment sensor 200 as the baseline amount used for the position information detected in this way. It is preferable to use the baseline amount measured under the same measurement conditions as the alignment measurement conditions. In other words, when measurement is performed in the X-axis direction and the Y-axis direction using the alignment sensor 200 as described above, the baseline amount applied to the measurement is the same as the measurement condition for position measurement. Therefore, it is preferable to perform detection individually for each measurement condition (each layer, or separately in the X-axis direction and the Y-axis direction). In this processing example, such processing for obtaining the baseline amount will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the flow of a baseline measurement process shown as a third process example.
  • the baseline measurement process shown in the flowchart of FIG. 9 first, the amount of the baseline in the Y-axis direction is calculated (steps S311 to S313).
  • the system controller 307 of the main control system 300 detects alignment measurement conditions (control conditions) for appropriately measuring the position of the Y mark Myi in each shot area of the wafer, and determines the same measurement conditions.
  • Set Step S311.
  • the condition that broadband white light is used as the illumination light of the alignment sensor 200 is determined, and the illumination wavelength of the alignment sensor 200 is actually switched.
  • step S312 the measurement of the baseline in the Y-axis direction (BCHK: baseline check) is performed (step S312). That is, first, the system controller 307 of the main control system 300 moves the wafer stage 109, and places the wafer fiducial mark WFM of the reference plate 110 provided on the wafer stage 109 within the field of view of the reticle alignment system 106. Then, the position information in the Y-axis direction is measured. Next, the system controller 307 of the main control system 300 moves the wafer stage 109, and places the wafer fiducial mark WFM of the reference plate 110 provided on the wafer stage 109 within the measurement field of the alignment sensor 200. Place.
  • BCHK baseline check
  • main control system 300 measures the position of wafer fiducial mark WFM in the Y-axis direction while controlling the measurement conditions of alignment sensor 200.
  • the wafer fiducial mark WFM used here may be a mark common to both XY axes (a two-dimensional measurement mark) or a dedicated mark for measurement in the Y-axis direction (one-dimensional measurement mark). Mark).
  • the system controller 307 of the main control system 300 measures these positions measured. From the information, the distance in the Y direction between the optical axis of the alignment sensor 200 and the optical axis AX of the projection optical system PL is detected, and is set as the base line amount (BCHK amount) in the ⁇ direction (step S313).
  • the calculation of the baseline amount in the X-axis direction is performed (steps S321 to S323).
  • the system controller 307 of the main control system 300 detects alignment measurement conditions (control conditions) for appropriately measuring the position of the X mark Mxi in each shot area of the wafer, and sets the same measurement conditions (step). S321).
  • a condition that red light is used as illumination light of the alignment sensor 200 is set.
  • step S322 the measurement of the baseline in the X-axis direction (BCHK: baseline check) is performed (step S322). That is, first, the system controller 307 of the main control system 300 moves the wafer stage 109, and places the wafer fiducial mark WFM of the reference plate 110 provided on the wafer stage 109 within the field of view of the reticle alignment system 106. Then, the position information in the X-axis direction is measured. Next, the system controller 307 of the main control system 300 moves the wafer stage 109, and places the wafer fiducial mark WFM of the reference plate 110 provided on the wafer stage 109 within the measurement field of the alignment sensor 200. Place.
  • BCHK baseline check
  • main control system 300 measures the position of wafer fiducial mark WFM in the X-axis direction while controlling the measurement conditions of alignment sensor 200.
  • the wafer fiducial mark WFM used here may be a mark (two-dimensional measurement mark) common to both XY axes, or a dedicated mark (one-dimensional measurement mark) for measurement in the X-axis direction. Measurement mark).
  • the system controller 307 of the main control system 300 detects the distance in the X direction between the optical axis of the alignment sensor 200 and the optical axis AX of the projection optical system PL from the measured position information. Then, a baseline amount (BCHK amount) in the X direction is set (step S323).
  • the baseline amounts measured in the X-axis direction and the Y-axis direction in this manner are different in the X-axis direction and the Y-axis direction as in the above-described first processing example and second processing example, for example.
  • the position information measured by the alignment sensor 200 in each direction is converted to position information in a coordinate system based on the optical axis AX of the projection optical system PL. Used to do.
  • the baseline amount is separately measured under the conditions corresponding to the measurement conditions in the X-axis direction and the Y-axis direction, and is separately held.
  • the position coordinate values can be appropriately converted (corrected), and errors such as so-called baseline deception can be suppressed. Therefore, highly accurate alignment can be performed.
  • the switching of the measurement conditions is performed, for example, by switching the filter of the wavelength selection mechanism 243.
  • the phase difference plate 264 is moved and the optical /! Movement is accompanied by mechanical (mechanical) movement, an error occurs in the baseline amount and the like due to the switching. there is a possibility.
  • the baseline measurement may be performed even in the processing within the lot every time the measurement conditions are switched.
  • a process of detecting the position of each shot area of the wafer W by the ⁇ GA method while appropriately performing the baseline measurement will be described as a fourth processing example.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a flow of processing by a mark position measuring method shown as a fourth processing example.
  • This processing is basically the same as the processing example (FIG. 8) shown in the second processing example described above.
  • the difference between the processing shown in the fourth processing example and the second processing example is that, when the alignment measurement conditions are changed, the baseline amount to be used is immediately measured again immediately after the change. Specifically, a step of re-measuring the baseline amount in the ⁇ -axis direction (step S412) and a step of re-measuring the baseline amount in the X-axis direction (step S422) are added.
  • step S412 the baseline amount is measured under the alignment condition (first condition) set in step S411, and in step S422, the baseline amount is measured under the alignment condition (second condition) set in step S421. I do.
  • the method of measuring the baseline amount is as described above with reference to FIG. 9, and the other steps are as described above with reference to FIG. 8, and thus description thereof will be omitted.
  • the configuration of exposure apparatus 100, the configuration of alignment sensor 200, and the configuration of main control system 300 are not limited to the configurations shown in FIGS. 1, 2, and 4, respectively.
  • an off-axis type FIA system imaging type alignment sensor
  • the present invention is not limited to this. It may be used.
  • the imaging method image processing method in which the detection method is further adopted in FIA systems etc.
  • a method of detecting diffracted light or scattered light may be used. For example, an alignment mark on a wafer is irradiated almost perpendicularly with a coherent beam, and the same order of diffracted light ( ⁇ 1st, ⁇ 2nd,.
  • the diffracted light may be detected independently for each order, and the detection result of at least one order may be used !, or a plurality of coherent beams having different wavelengths may be irradiated on the alignment mark, Each time, the diffraction light of each order may be detected by interference.
  • the present invention is not limited to the exposure apparatus of the step-and-scan method as in each of the above embodiments, but the exposure apparatus of the step-and-repeat method or the proximity method (such as an X-ray exposure apparatus) And other various types of exposure apparatuses can be applied in exactly the same way.
  • the illumination light (energy beam) for exposure used in the exposure apparatus is not limited to ultraviolet light, but may be X-rays (including EUV light), charged particles such as electron beams and ion beams, or the like. Further, an exposure apparatus used for manufacturing a DNA chip, a mask, a reticle, or the like may be used.

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Abstract

【課題】計測対象毎に所望の計測条件を設定して、高速で高精度な計測を可能とする。 【解決手段】露光装置のアライメントセンサにおいて、複数のサンプルショットについて位置計測を行う場合、計測する軸方向に応じて、或いはマークに応じて、或いは計測するマークの存在するレイヤーに応じて、計測条件を変更して計測を行う。その際、同一の計測条件で計測を行う計測対象、例えばＹ軸方向の位置或いはＸ軸方向の位置等については、連続して計測を行う。また、計測条件を切り換えた際には、ベースライン量を再計測する。切り換え可能な計測条件は、計測光の波長、位相差板の使用及び選択、光学系のＮＡ及びσ、計測光の光量、照明形状、並びに信号処理アルゴリズム等である。

Description

明 細 書
計測方法、計測装置、露光方法及び露光装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体素子等の電子デバイスを製造する際のリソグラフィー工程におい てマスクや基板に形成されたマークの位置の計測に適用して好適な計測方法及び 計測装置、及び、その計測方法によりマスクや基板に形成されたマークの位置を計 測して露光を行う露光方法及び露光装置に関する。
背景技術
[0002] 半導体素子、液晶表示素子、 CCD等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄 膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）の製造にあたって は、露光装置を用いて、フォトマスクゃレチクル (以下、レチクルと総称する）に形成さ れた微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウェハゃガ ラスプレート等の基板 (以下、ウェハと称する）上に投影露光する。その際、レチクルと ウェハとを高精度に位置合わせ (ァライメント）し、レチクルのパターンをウェハ上のパ ターンに高精度に重ね合わせる必要がある。近年、パターンの微細化や高集積度化 が急速に進んでおり、このような露光装置には以前に増して高い露光精度が要求さ れている。そのため、ァライメントに対する精度の要求も一層厳しくなつてきており、よ り高精度なァライメントが要望されている。
[0003] 従来、ウェハの位置計測は、ウェハ上に形成された位置合わせマーク (ァライメント マーク）の位置を計測することにより行われる。このァライメントマークの位置を計測す るァライメント系として、例えばハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で マークを照射し、反射光を CCDカメラなどで撮像し、得られたァライメントマークの画 像データを画像処理してマーク位置を計測する FIA (Field Image Alignment) 系のオファクシス *ァライメントセンサなどが知られている。この FIA系のァライメントセ ンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を受けにくくなり、アルミマークや非対 称マーク等についても高精度な位置検出が可能である。また、検出光の波長を選択 することにより高 、コントラストでマークを撮像できるようにした方法 (例えば、特許文 献 1参照)や、検出光の変化を強調することにより段差の少ないマークからの反射光 を用いても高精度にその位置を検出できる方法 (例えば、特許文献 2参照)等も開示 されており、より高精度なァライメントを行うために種々の方法が提案されている。
[0004] ところで、例えばウェハやショット領域の位置決めを行う場合、同一ウェハ上の所定 の複数のマークについて各々 X軸方向及び Y軸方向の位置を計測し、これに基づい て例えば EGA演算等を行い、最終的に制御対象となる位置情報を得ている。すな わち、一連のァライメント処理 (マーク計測処理)の中においては、通常、複数の位置 計測処理 (複数のマークに対する計測工程)を行う場合が多い。しかし、従来のァライ メント計測方法においては、同一ウェハに対する一連のァライメント計測処理の中で は複数の計測対象 (マーク）に対して予め設定した単一の計測条件のみを適用して 計測処理をしていた。即ち、計測対象毎に適切な計測条件を設定して位置計測等を 行っていなかった。
[0005] より具体的には、例えば、複数のマークがウェハ上の互いに異なる層 (レイヤー）に 形成されている場合や、計測軸方向毎に必要とする計測精度 (ァライメント精度)が 異なる場合等には、計測対象 (マーク)毎に最適な計測条件が異なる場合があり得る 。し力しながら、従来の計測方法では、一連の計測処理の中では単一の計測条件で 計測が行われていたため、各計測対象 (マーク）についてそれぞれ最適な条件で計 測が行われているとは限らな力つた。仮に、計測対象毎に計測条件を変更しょうとす ると、著しくスループットが悪ィ匕したり、或いはベースライン量が変動して計測精度に 悪影響を与える等の問題があり、実質的にそのような条件での計測はできていなかつ た。
特許文献 1 :特開 2002— 170757号公報
特許文献 2：特開平 9 - 134863号公報
発明の開示
[0006] よって本発明の目的は、計測対象毎に最適な計測条件を設定して計測を行うこと ができ、且つ計測スループットも低下させることがない、高速で高精度な計測が可能 な計測方法及び計測装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのよ うな計測方法によりウェハ或いはレチクルの位置決めを行うことにより、高速且つ高精 度に露光処理を行うことができる露光方法及び露光装置を提供することにある。
[0007] 本発明の第 1の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている 複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを、計測系を用い て計測する計測方法であって、前記所定基板上にお!、て前記被計測対象となって いる前記マークのうち、前記複数の第 1マークを計測する時には、前記計測系の計 測条件を第 1条件に設定する第 1工程 (S211, S411)と、前記所定基板上の前記第 1マークの全てを前記第 1条件下で計測した（S212〜S215, S413〜S416)後に、 前記計測条件を前記第 1条件から第 2条件に切り換え設定する第 2工程 (S221, S4 21)と、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前 記複数の第 2マークの全てを、前記第 2条件下で計測する第 3工程 (S222〜S225, S423〜S426)とを含む計測方法が提供される。
[0008] 本発明の第 2の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている 複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを、計測系を用い て計測する計測方法であって、前記所定基板上の前記第 1マークを計測する時には 、前記計測系の計測条件を第 1条件に設定する第 1工程 (S311, S411)と、前記所 定基板上の前記第 2マークを計測する時には、前記計測系の計測条件を、前記第 1 条件とは異なる第 2条件に設定する第 2工程 (S321, S421)と、前記計測系による 計測の際の基準位置と、前記基板に対して所望の処理を行う処理系にお 、て該処 理を施す際の位置を規定する基準位置との間隔であるベースライン量を、前記第 1 条件及び前記第 2条件毎にそれぞれ計測する第 3工程 (S312, S322, S412, S42 2)とを含む計測方法が提供される。
[0009] 本発明の第 3の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている 複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを、該マーク上に照 明ビームを照射する照明光学系と、前記マーク力 のビームを受光する受光光学系 とを備える計測系を用いて計測する計測方法であって、前記計測系は前記マークを 計測する際に変更可能な計測条件として、前記照明ビームの光量、前記照明光学 系の NA又は σ、前記マークから生じる所定次数の回折ビームに対して所定の位相 差を付与する位相付与部材の前記受光光学系光路内への挿入又は退避、前記マ ークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の信号処理条件、 のうちの少なくとも 1つを含み、前記所定基板上の第 1マークを計測する時には、前 記計測系の前記計測条件を第 1条件に設定し (S111)、
前記所定基板上の前記第 2マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条 件を、前記第 1条件とは異なる第 2条件に設定する（S113)ようにした計測方法が提 供される。
[0010] 本発明の第 4の観点によると、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する 露光方法であって、前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、上 述した第 1〜第 3の観点の何れかに係る計測方法により、当該マスク又は当該基板に 形成されたマークの位置を計測し、当該計測結果に基づ 、て前記マスク又は前記基 板の位置決めを行う工程を含む露光方法が提供される。
[0011] 本発明の第 5の観点によると、上述した第 1〜第 3の何れかに係る計測方法により、 物体上の計測対象を計測するようにした計測装置が提供される。
[0012] 本発明の第 6の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている 複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを計測する計測装 置であって、前記所定基板上にお!、て前記被計測対象となって!/、る前記マークのう ち、前記複数の第 1マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第 1条件 に設定し、前記複数の第 2マークを計測する時には、該計測条件を該第 1条件とは 異なる第 2条件に設定する条件設定手段と、前記所定基板上の前記第 1マークの全 てを前記第 1条件下で計測した後に、前記計測条件を前記第 1条件から第 2条件に 切り換え設定するよう、前記条件設定手段を制御する制御手段とを有する計測装置 が提供される。
[0013] 本発明の第 7の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている 複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを計測する計測装 置であって、前記所定基板上にお!、て前記被計測対象となって!/、る前記マークのう ち、前記複数の第 1マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第 1条件 に設定し、前記複数の第 2マークを計測する時には、該計測条件を該第 1条件とは 異なる第 2条件に設定する条件設定手段と、前記計測装置による計測の際の基準位 置と、前記基板に対して所望の処理を行う処理装置において該処理を施す際の位 置を規定する基準位置との間隔であるベースライン量を、前記設定された計測条件 毎にそれぞれ保持する保持装置 (メモリ 305)とを有する計測装置が提供される。
[0014] 本発明の第 8の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている 複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを計測する装置で あり、且つ該マーク上に照明ビームを照射する照明光学系と、前記マークからビーム を受光する受光光学系とを備えた計測装置であって、前記マークを計測する際に変 更可能な前記計測装置の計測条件として、前記照明ビームの光量、前記照明光学 系の NA又は σ、前記マークから生じる所定次数の回折ビームに対して所定の位相 差を付与する位相付与部材の前記受光光学系光路内への挿入又は退避、前記マ ークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の信号処理条件、 のうちの少なくとも 1つを含み、前記所定基板上において前記被計測対象となってい る前記マークのうち、前記複数の第 1マークを計測する時には、前記計測装置の計 測条件を第 1条件に設定し、前記複数の第 2マークを計測する時には、該計測条件 を該第 1条件とは異なる第 2条件に設定する条件設定手段を有する計測装置が提供 される。
[0015] 本発明の第 9の観点によると、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する 露光装置であって、前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、上 述した第 5〜第 8の観点の何れかに係る計測装置を用いて、当該マスク又は当該基 板に形成されたマークの位置を計測し、当該計測結果に基づ 、て前記マスク又は前 記基板の位置決めを行う位置決め装置を有する露光装置が提供される。
[0016] 本発明に係る計測方法又は計測装置によれば、計測対象毎に最適な計測条件を 設定して且つ計測スループットも低下させることなく計測を行うことができ、これにより 高速で高精度な計測が可能となる。また、本発明に係る露光方法又は露光装置によ れば、本発明に係る計測方法又は計測装置を用いてウェハ或いはレチクルの位置 決めを行うようにしたので、露光処理を高速且つ高精度に行うことができるようになる 図面の簡単な説明 [0017] [図 1]図 1は本発明の一実施形態の露光装置の構成を示す図である。
[図 2]図 2は図 1に示した露光装置のァライメントセンサの構成を示す図である。
[図 3A]図 3Aは図 2に示したァライメントセンサに備わる照明開口絞りを説明するため の図である。
[図 3B]図 3Bは図 2に示したァライメントセンサに備わる位相差板を説明するための側 面図である。
[図 3C]図 3Cは図 2に示したァライメントセンサに備わる位相差板を説明するための底 面図である。
[図 4]図 4は図 1に示した露光装置の主制御系の構成を示す図である。
[図 5A]図 5Aは図 2に示したァライメントセンサの撮像素子で撮像されるウェハマーク を示す図である。
[図 5B]図 5Bは図 2に示したァライメントセンサの撮像素子で図 5Aに示すウェハマー クを撮像した場合の信号波形を示す図である。
[図 6]図 6はウェハにおけるショット配列、並びにサンプルショット及びァライメントマー クの配置を説明するための図である。
[図 7]図 7は軸方向毎に計測条件を変える計測処理の流れを示す図である。
[図 8]図 8は軸方向毎に計測条件を変えるとともに、軸方向毎に連続してマークの位 置を計測する処理の流れを示す図である。
[図 9]図 9は軸方向毎にベースライン計測をする処理の流れを示す図である。
[図 10]図 10は計測条件を変更する毎にベースラインを再計測する処理の流れを示 す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 本発明の一実施形態に係る露光装置について、図 1〜図 10を参照して説明する。
図 1は、本実施形態の露光装置 100の概略構成を示す図である。なお、以下の説明 においては、図 1中に示すような XYZ直交座標系に基づいて、各構成部及びそれら の位置関係等について説明する。この XYZ直交座標系においては、 X軸及び Z軸を 紙面に平行に設定し、 Y軸を紙面に垂直に設定する。なお、実際の空間においては 、 XY平面が水平面に平行な面となり、 Z軸方向が鉛直方向となる。図 1に示す露光 装置 100において、図示しない照明光学系から出射された露光光 ELは、コンデンサ レンズ 101を介してレチクル Rに形成されたパターン領域 PAを均一な照度分布で照 射する。露光光 ELとしては、例えば g線 (波長 436nm)、 i線 (波長 365nm)、 KrFェ キシマレーザ光（波長 248nm)、 ArFエキシマレーザ光（波長 193nm)或いは F レ
2 一ザ光 (波長 157nm)等が用いられる。
[0019] レチクル Rは、レチクルステージ 103上に載置されている。レチクルステージ 103は 、モータ 102によって投影光学系 PLの光軸 AXの方向に微動可能で、且つその光軸 AXに垂直な面内で二次元移動及び微小回転可能に設置される。レチクルステージ 103の端部にはレーザ干渉計 104からのレーザビームを反射する移動鏡 105が固 定されており、レチクルステージ 103の二次元的な位置はレーザ干渉計 104によって 、例えば 0. 01 m程度の分解能で常時検出されている。
[0020] レチクル Rの上方にはレチクルァライメント系 106A及び 106B (以下、レチクルァラ ィメント系 106と総称する）が配置されている。レチクルァライメント系 106は、レチクル Rの外周付近に形成された少なくとも 2個の十字型のァライメントマークを検出するも のである。レチクルァライメント系 106からの計測信号に基づ!/ヽてレチクルステージ 1 03力微動されること〖こより、レチクル Rはパターン領域 P Aの中心点が投影光学系 PL の光軸 AXと一致するように位置決めされる。
[0021] レチクル Rのパターン領域 P Aを透過した露光光 ELは、例えば両側（片側でもよ 、） テレセントリックな投影光学系 PLを介してウェハ (基板) W上の各ショット領域に投影 される。投影光学系 PLは、露光光 ELの波長に関して最良に収差補正されており、 その波長のもとでレチクル Rとウェハ Wとは互いに共役になっている。なお、投影光 学系 PLは複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては露光光 ELの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択される。
[0022] ウェハ Wはウェハホルダ 108を介してウェハステージ 109上に載置されている。ゥ ェハホルダ 108上には、基準板 110が設けられている。この基準板 110には、ベース ライン計測等で使用するウェハフィデューシャルマーク（ウェハ基準マーク）が形成さ れている。また、基準板 110の表面は、ウェハ Wの表面と同じ高さになるように設定さ れている。 [0023] ウェハステージ 109は、投影光学系 PLの光軸 AXに垂直な面内でウェハ Wを二次 元的に位置決めする XYステージ、投影光学系 PLの光軸 AXに平行な方向（Z方向） にウェハ Wを位置決めする Zステージ、ウェハ Wを微小回転させるステージ、及び Z 軸に対する角度を変化させて XY平面に対するウェハ Wの傾きを調整するステージ 等より構成されている。ウェハステージ 109の上面の一端には L字型の移動ミラー 11 1が取り付けられ、移動ミラー 111の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計 112が配置 されている。図 1では図示を簡略ィ匕しているが、移動鏡 111は X軸に垂直な反射面を 有する平面鏡及び Y軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成されている。
[0024] また、レーザ干渉計 112は、 X軸に沿って移動鏡 111にレーザビームを照射する 2 個の X軸用のレーザ干渉計及び Y軸に沿って移動鏡 111にレーザビームを照射する Y軸用のレーザ干渉計より構成され、 X軸用の 1個のレーザ干渉計及び Y軸用の 1個 のレーザ干渉計により、ウエノ、ステージ 109の X座標及び Y座標が計測される。また 、 X軸用の 2個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウェハステージ 109の XY平面 内における回転角が計測される。
[0025] ウェハステージ 109の二次元的な座標は、レーザ干渉計 112によって例えば 0. 01 μ m程度の分解能で常時検出されており、 X軸方向及び Y軸方向の座標によりゥェ ハステージ 109のステージ座標系（静止座標系）（X, y)が定められる。すなわち、レ 一ザ干渉計 112により計測されるウェハステージ 109の座標値力 ステージ座標系（ X, y)上の座標値である。
[0026] レーザ干渉計 112により計測された X座標、 Y座標、及び回転角を示す位置計測 信号 PDSは主制御系 300に出力される。主制御系 300は、供給された位置計測信 号 PDSに基づいて、ウェハステージ 109の位置を制御する制御信号を生成し、モー タ 113へ出力する。また、主制御系 300は、図示しない光源力も露光光を出射するか 否力 及び、露光光を出射する場合の露光光の強度を制御することにより、コンデン サレンズ 101及び投影光学系 PLを通過する露光光を制御する。
[0027] また、露光装置 100は、オフ ·ァクシス方式で FIA(Field Image Alignment)方式（撮 像方式)のァライメント光学系 200 (以下、ァライメントセンサ 200と称する）を投影光 学系 PLの側方に備える。ァライメントセンサ 200について、図 2を参照して詳細に説 明する。図 2は、ァライメントセンサ 200の概略構成を示す図である。
[0028] ァライメントセンサ 200において、ハロゲンランプ等の光源 241を発したブロードバ ンドな照明光 (広帯域光）はコンデンサレンズ 242及び波長選択機構 243を経て照 明視野絞り 244に入射される。
[0029] 波長選択機構 243は、ウエノ、 Wに塗布されたフォトレジストに対して非感光性の波 長域の光束であって、検出対象 (ァライメント対象）のマーク等を検出するのに好適な 波長域の光束のみを透過させるための機構である。波長選択機構 243は、例えば、 各々が互いに異なる波長の光を抽出する複数のフィルタと、この複数のフィルタのう ちの何れか 1つを光源 241から発つせられた広帯域光の光路上に配置するフィルタ 駆動部とを有する。本実施形態において波長選択機構 243は、波長 530〜620nm の光束 (緑色光）、波長 620〜710nmの光束 (橙色光）、波長 710〜800nmの光束 (赤色光)及び波長 530〜800nmの光束（白色光）を各々透過させる 4枚フィルタを 具備する。なお、波長の選択に用いられるフィルタは、光源 241と共役且つ色ムラの 生じにくい位置に配置するのが好ましい。また、フィルタとしては、上記のような所定 波長域を透過させるタイプに限られず、所定波長域をカットするタイプのフィルタを用 いて、複数の波長カットフィルタの組み合わせで、所望の波長のみを抽出透過させる ようにしてもよい。
[0030] 照明視野絞り 244の透過部を透過した照明光 DLは、リレーレンズ 245を経て照明 開口絞り 246 (263)に入射する。更に、照明光 DLはビームスプリツター 247及び対 物レンズ 248を介して、ウエノ、 Wの位置検出対象のマーク WMを含む領域等の所望 の照明領域を照明する。照明視野絞り 244は、ウェハ Wの表面（ウェハマーク WM) と実質的に共役 (結像関係）となっており、照明視野絞り 244の透過部の形状、大きさ に応じてウェハ W上での照明領域を制限することができる。
[0031] 照明開口絞り 246 (263)は、ウェハの表面（ウェハマーク WM)に対して対物レンズ 248とビームスプリツター 247とを介して光学的にフーリエ変換の関係となっている面 (照明系瞳面と称する) HIに配置される。照明開口絞りとしては、通常の円形の透過 部を有する照明開口絞り 246と、図 3Aに示すような輪帯状の透過部 263aを有する 照明開口絞り 263とを選択可能な構成となっている。マークに対して通常の照明状 態 (いわゆる通常照明）を用いてァライメント (マーク)計測を行う場合には、照明開口 絞り 246を照明光路上に配置するようにし、いわゆる変形照明（又は傾斜照明として の輪帯照明）を用いてマーク計測を行う場合には、照明開口絞り 263を照明光路上 に配置するようにする。開口絞り 246と 263のうちの何れを選択するかは、ウェハマー ク WMの段差量や微細度、線幅等に応じて決められる。このことは、特開平 8— 306 609号公報で公知であるので、ここでの詳細な記述は省略する。図 3Aに示すような 照明開口絞り 263は、後述する位相差板 264とともに使用することも可能となっており 、これらが使用されることによりァライメントセンサ 200を位相差顕微鏡型のセンサとし て機能させることができる。この場合、照明開口絞り 263の輪帯状の透過部 263aは、 その像が、後述する位相差板 264上で輪帯状の位相差付加部 264a内に入るよう〖こ 設定される。
[0032] ウェハ W上のウェハマーク WMを含む照明領域で反射した光束は、対物レンズ 24 8及びビームスプリツター 247を介してウェハ Wの表面と光学的にフーリエ変換の関 係となる面 (結像系瞳面と称する) H2に配置された円形の開口部を有する結像開口 絞り 249に入射される。なお、この結像開口絞り 249として、特開平 8— 306609号公 報で公知のような輪帯遮光形状の遮光部を備えた結像開口絞りを結像光路上に挿 脱可能に構成し、上述した照明開口絞り 263と併用して暗視野検出が行えるようにし てもよい。ウェハマークが低段差マークであれば、暗視野検出とし、高段差マークで あれば、この結像絞りを光路外に退避させて明視野検出方式に設定するようにする のが好ましい。
[0033] また、前述したように、照明開口絞りとして図 3Aに示すような照明開口絞り 263を適 用する際に、結像開口絞り 249に近接して位相差板 264を縮像 (投光)光路上に挿 入配置し、ウエノ、 Wからの反射光束は、結像開口絞り 249とともに位相差板 264にも 入射されることになる。この位相差板 264は、図 3Bに側面図を、図 3Cに底面図を各 々示すように、円形のガラス基板の底面に輪帯状の位相差付加部 264aを被着した ものであり、使用される場合には、前述したように、照明開口絞り 263の輪帯状の透 過部 263aの像が、位相差板 264上で輪帯状の位相差付加部 264a内に入るように 設定される。 [0034] 本実施形態では、位相差板 264は位相差付加部 264aを透過する結像光束と、そ れ以外の部分を透過する結像光束とに、 + Z2 [rad]又は Z2 [rad]の位相 差を与えるように設定される。そのためには、結像光束の波長又は中心波長をえとし て、位相差付加部 264aに（或いはそれ以外の部分に)屈折率 n及び厚さ dが、式 (n - 1) ά= λ Ζ4を満たす薄膜を形成すればょ 、。
[0035] 図 3Αに示すような照明開口絞り 263、及び、図 3Β及び図 3Cに示すような位相差 板 264を用いてァライメントセンサ 200に位相差顕微鏡型の光学系を適用することに より、極低段差のウェハマーク WMに対しても高コントラストな検出像を得ることができ る。なお、図 3Β及び図 3Cに示した位相差付加部 264aには、更に透過光束を減衰さ せる減光作用を持たせてもよい。すなわち、位相差付加部 264aに金属薄膜等の吸 光部材を付加してもよい。
[0036] 結像開口絞り 249を通過した光束は、結像レンズ 250により集光され、ビームスプリ ッター 251を透過して指標板 252上にウェハマーク WMの像を結像させる。指標板 2 52上には指標マーク 252a及び 252bが形成されている。また、発光ダイオード (LE D)等の光源 255、コンデンサレンズ 256、指標照明視野絞り 257、レンズ 258等より 指標板照明系が構成され、この指標板照明系からの照明光が、ビームスプリツター 2 51を介して指標マーク 252a及び 252bを含む部分領域のみを照明するように設定さ れている。照明視野絞り 244の透過部の形状はこれら指標マーク 252a及び 252bを 含む部分領域を照明せず遮光するように設定されている。このため、ウェハマーク W Mの像が指標マーク 252a及び 252bに重畳して形成されることはない。
[0037] 指標板 252上に形成されるウェハマーク WMの像、及び指標マーク 252a及び 252 bからの光束は、各々リレーレンズ 253によって CCD等の撮像素子 254上に集光さ れる。その結果、撮像素子 254の撮像面にウェハマーク WMの像、及び、指標マー ク 252a及び 252bの像が結像される。そして、撮像素子 254からの撮像信号 SVは、 主制御系 300へ出力され、主制御系 300においてマークの位置情報が算出される。
[0038] 次に、主制御系 300の構成について説明する。図 4は、主制御系 300の内部構成 及びこれと関連する構成部分を示すブロック図である。なお、図 4においては、図 1に 示した構成部と同一の構成部には同一の符号付す。図 4に示すように、主制御系 30 0は、 FIA演算ユニット 301、波形データ記憶装置 302、ァライメントデータ記憶部 30 3、演算ユニット 304、記憶部 305、ショットマップデータ部 306、システムコントローラ 307、ウェハステージコントローラ 308、レチクノレステージコントローラ 309、メインフォ 一カス系 320及びァライメントフォーカス系 330を有する。
[0039] 波形データ記憶装置 302は、ァライメントセンサ 200で検出され FIA演算ユニット 3 01を介して供給される撮像信号 (波形データ） SV、及び、メインフォーカス系 320及 びァライメントフォーカス系 330からの出力信号を記憶する回路である。波形データ 記憶装置 302には、ウェハ W上に設けられた種々のァライメントマーク、及び、ウェハ ホルダ 108上に設けられた基準板 110に形成されたウェハフィデューシャルマーク W FMの信号波形が記憶される。なお、後述するウエノ、 W (図 6)においては、各ショット 領域に付随して一次元の Xマークと Yマークとが別個に形成されて ヽる。このような場 合、 Xマーク及び Yマークの波形データが各々別個に、波形データ記憶装置 302に 記憶される。なお、マーク形状としては、この形状に限られるものではなぐ二次元同 時計測可能なマークであってもよ 、。
[0040] FIA演算ユニット 301は、必要に応じて波形データ記憶装置 302から波形データを 読み出し、各マーク (波形データ）の位置情報、すなわちステージ座標系（x、 y)での 座標位置を求め、求めた位置情報をァライメントデータ記憶部 303に出力する。 FIA 演算ユニット 301は、システムコントローラ 307から指定される所定の信号処理アルゴ リズムに従って、波形データの生成、或いは、波形データからの座標位置の検出の 処理等を行う。
[0041] FIA演算ユニット 301におけるマークの位置検出処理の一例について図 5を参照し て説明する。図 5Aは、ァライメントセンサ 200の撮像素子 254 (図 2参照)で撮像され る X軸方向の位置検出用のマーク Mxlを示し、図 5Bは、得られる撮像信号の波形を 示す。撮像素子 254の撮像視野 VSA内には、図 5Aに示すように、複数本の直線状 ノターン力もなるマーク Mxlと、これを挟むように指標板 252 (図 2参照）上に形成さ れた指標マーク FM1, FM2とが配置されている。撮像素子 254は、それらマーク Mx 1及び指標マーク FM1, FM2の像を水平走査線 VLに沿って電気的に走査する。こ の際、 1本の走査線だけでは SN比の点で不利なので、撮像視野 VSAに収まる複数 本の水平走査線によって得られる撮像信号のレベルを、水平方向の各画素毎に加 算平均することが望ましい。その結果、図 5Bに示すような、両側に指標マーク FM1, FM2のそれぞれに対応した凹部がある撮像信号が得られ、この撮像信号が、 FIA演 算ユニット 301を介して波形データ記憶装置 302に格納される。
[0042] FIA演算ユニット 301は、この撮像信号の凹部をスライスレベル SL2で検出し、両 方の凹部の画素上の中心位置を求める。そして、それら 2個の中心位置の中心として 、指標マーク FM1, FM2を基準とした時の基準位置 Xを求める。なお、指標マーク F
0
Ml, FM2の各中心位置を求める代わりに、指標マーク FM1の右エッジの位置と指 標マーク FM2の左エッジの位置とから、その基準位置 Xを求めるようにしてもよい。
0
[0043] また、図 5Bに示すように、撮像信号の内のマーク Mxlに対応する部分の波形は、 各直線状パターンの左エッジ及び右エッジに対応した位置で凹部となって ヽる。 FIA 演算ユニット 301は、その撮像信号のマーク Mxlに対応した凹部をスライスレベル S L1で検出し、各直線状パターンの中心位置を求めた後、各中心位置を平均化して マーク Mxlの計測位置 Xを算出する。そして、先に求めた基準位置 Xとマーク Mxl
0
の計測位置 Xとの差 Δ χ(=χ — X )を算出する。そして、図 5Αの撮像領域 VSA内 c 0 c
にウェハマーク Mxlが位置決めされた時のウェハステージ 109の座標位置に、算出 した差 Δ Xを加算して得た値を、マーク位置情報としてァライメントデータ記憶部 303 に供給する。
[0044] このような処理を行う FIA演算ユニット 301にお 、て、選択可能な信号処理条件 (ァ ライメント計測条件）としては、波形解析アルゴリズム、スライスレベル SL1及び図 5B の処理ゲート幅 GX (画素上での幅 Gxの中心位置とその幅）等がある。更に、波形解 析アルゴリズムとしては、例えば特開平 4— 65603号公報に開示されているような、 各直線状パターンの中心位置を求めるに際して、図 5Bに示すように、直線状パター ンの左エッジ及び右エッジに対応したスロープ部 BS , BS 、及び BS , BS のう
1L 2L 1R 2R ち、（1)外スロープ部 BS , BS のみを用いるモード、（2)内スロープ部 BS , BS
1L 2R 1R 2L のみを用いるモード、（3)外スロープ部 BS , BS 及び内スロープ部 BS , BS を
1L 2R 1R 2L 用いるモードがある。
[0045] ァライメントデータ記憶部 303は、 FIA演算ユニット 301で検出された各マークの位 置情報を記憶する。また、システムコントローラ 107を介してレチクルァライメント系 10 6より入力されるウェハフィデューシャルマーク WFMをレチクルァライメント系 106で 観察した場合の座標位置 (投影光学系 PLの座標系における位置情報)を記憶する。 ァライメントデータ記憶部 303に記憶される各座標位置は、演算ユニット 304に供給 されて、 EGA処理やベースライン計測処理等に供される。
[0046] また、ァライメントデータ記憶部 303に記憶された位置情報は、必要に応じてシステ ムコントローラ 307に直接供給される。例えば、ラフ計測の結果に基づいてウェハ W の位置合わせを行った後にファイン計測を行う多段階処理の場合や、ウェハ Wに形 成されたマークが X軸方向の位置情報を計測するマークと Y軸方向の位置情報を計 測するマークとが別個に形成されている場合に、 X軸方向の位置情報を計測するた めのマークを計測した結果に基づいてウェハ Wを移動させて Y軸方向の位置情報を 計測するためのマークを計測する場合等に、ァライメントデータ記憶部 303に記憶さ れた位置情報がシステムコントローラ 307へ直接供給される。
[0047] ショットマップデータ記憶部 306には、ウェハ W上の各ショット領域に属するマーク のウェハ W上の座標系（X, y)での設計上の配列座標値が記憶される。これら設計上 の配列座標値は、演算ユニット 304及びシステムコントローラ 307に供給される。
[0048] 演算ユニット 304は、 EGAパラメータの検出を行う。すなわち、計測された座標値 及び設計上の座標値に基づいて、最小自乗法によりウェハ W上の座標系（X, y)で の設計上の配列座標値からステージ座標系（X, y)での計算上の配列座標値を求め るための変換パラメータを求め、これらの変換パラメータを記憶部 305に記憶する。
[0049] また、演算ユニット 304は、ァライメントデータ記憶部 303に記憶されて 、るァライメ ントセンサ 200により計測したウェハフィデューシャルマーク WFMの位置座標と、レ チクルァライメント系 106により投影光学系 PLを介して計測したウェハフィデューシャ ルマーク WFMの位置座標との距離を検出することにより、ァライメントセンサ 200の 光軸と投影光学系 PLの光軸 AXとの間の距離、すなわちベースライン量を算出する 。本実施形態において、ベースライン量は、マーク計測時に設定される（使用される） ァライメント計測条件毎に各々別個に計測する。また、検出したベースライン量は、設 定されたァライメント計測条件に対応させて各々記憶部 305に記憶される。 [0050] システムコントローラ 307は、記憶部 305に記憶されている演算ユニット 304により 求められた EGAパラメータを用いてウェハ W上の座標系（X, y)での設計上の配列 座標値からステージ座標系（X, y)での計算上の配列座標値を求める。そして、シス テムコントローラ 307は、ウェハステージコントローラ 308を介してレーザ干渉計 112 の計測値をモニタしつつ、モータ 113を介してウェハステージ 109を駆動し、ウェハ W上の各ショット領域の位置決め及び各ショット領域への露光を行う。
[0051] また、システムコントローラ 307は、レチクルステージコントローラ 309を介してレー ザ干渉計 104の計測値をモニタしつつ、モータ 102を介してレチクルステージ 103を 駆動して、レチクル Rの位置調整を行う。
[0052] 次に、このような構成の露光装置 100における本発明に係る処理について説明す る。露光装置 100は、ウェハステージ 109上（ウェハホルダ 108上）にセットされたゥ エノ、 W及びウェハ W上に規定される複数のショット領域の位置を高精度に検出し、こ れを所望の位置に高精度に位置合わせ (ァライメント）し、各ショット領域にレチクル R に形成されたパターンの像を投影露光する。ここでは、このァライメント処理の際のゥ ェハ上に形成されたマークの位置を計測する処理、及び、これに関係してベースライ ン量を検出する処理について、第 1〜第 4の具体的な処理例を挙げて説明する。な お、以下に説明する何れの処理も、露光装置 100の主制御系 300が、主制御系 300 に設定された制御プログラムに従って動作し、これにより露光装置 100の各部を制御 することにより実現されるものである。
[0053] まず、露光装置 100で露光を行うウェハ Wのショット領域の配列、及び、ウェハ Wに 形成されるァライメントマークについて図 6を参照して説明する。図 6は、ウェハ W上 のショット領域の配列、及び、サンプルショット及びァライメントマークの配置を示す図 である。図 6に示すように、ウェハ W上には、ウェハ W上に設定された座標系（X, y) に沿って規則的にショット領域 ESI, ES2' ' 'ESNが規定されている。各ショット領域 ESi(i= l〜N)には、それまでの工程により形成されたパターンの層が積層されてい る。また、各ショット領域 ESiは、 X方向及び y方向に所定幅のストリートラインで区切ら れている。
[0054] このウェハ Wにおいては、各ショット領域 ESiの X軸方向の位置を計測するための マーク (Xマーク）と、 Y軸方向の位置を計測するためのマーク (Yマーク）とが分離さ れて形成されている。すなわち、 X方向に伸びたストリートラインの各ショット領域 ESi に接する範囲に、 X軸方向のァライメントを行うための Xマーク Mxiが形成され、 y方 向に伸びたストリートラインの各ショット領域 ESiに接する範囲に、 Y軸方向のァラィメ ントを行うための Yマーク Myiが形成されている。なお、本実施形態において各マー ク Mxi及び Myiは、図 5に示したように、それぞれ X方向及び y方向に所定ピッチで複 数本の直線パターンを並べたマークである。
[0055] また、ウェハ Wにおいて、 Xマークと Yマークとでは、ァライメントセンサ 200によりマ ークを計測する際の計測条件が異なるものとする。このような状態は種々の要因で起 こり得るが、本実施形態では、例えば特許 2591746号公報ゃ特開平 7— 249558 号公報等に示されているように、次層を重ね合わせ露光するために、ウェハ上に形 成された複数の層（マルチレイヤー）にまたがってァライメントをする必要がある際で あって、例えば、 Y方向のァライメントは、直前のレイヤーに対して（基準として)なされ 、 X方向のァライメントは直々前のレイヤーに対して (基準として)なされると 、う状況 下を一例として想定するものとする。より具体的には、 Y方向の位置合わせは、ウェハ Wの既に形成されて 、るパターンの層の中で最表層に形成されたパターン (マーク） に対してなされるものとし、 X方向の位置合わせは、最表層の下の層に形成されたパ ターン (マーク）に対してなされるものとする。従って、ァライメント計測時に Xマークを 観察する時には、ウェハ Wの上面から Yマークが形成されている最表層を介して、そ の最表層の下の層に形成されている Xマークを観察することとなる。そのため、 Xマー クを適切に計測するためのァライメント計測条件 (照明条件、光学条件、信号処理ァ ルゴリズム等）は、 Yマークを適切に計測するためのァライメント計測条件とは異なる。
[0056] なお、図 6において斜線が付されているショット領域 SA1〜SA4は、ウェハ Wに対 して EGAを適用する場合のサンプルショットを示すものであり、後述する各処理例の 説明の際に参照する。
[0057] 以下、このようなウェハ Wを処理対象とする露光装置 100における本発明に係る処 理について、第 1〜第 4の具体的な処理例を例示して説明する。
[0058] [第 1の処理例] 露光装置 100の第 1の処理例として、前述したようなウェハ Wの各ショット領域の位 置を、 EGA方式により検出する処理について図 7を参照して説明する。そのために、 まず、ウェハ Wのショット領域 ES1〜ESNの中から、所定の複数個（3個以上）のショ ット領域をサンプルショットとして選択し、各サンプルショットのステージ座標系（X, y) 上での座標位置を計測する。本実施形態においては、例えば図 6において斜線を施 す 4個のショット領域 SA1〜SA4を選択する。そして、これらのサンプルショット SA1 〜SA4に各々接して形成されている Xマーク Mxl〜Mx4及び Myl〜My4の位置 を計測することにより、各サンプルショット SA1〜SA4の位置を計測する。
[0059] 本第 1の処理例の特徴は、順次ショット毎にマーク (Xマーク、 Yマーク）を計測して いくものであって、各ショットの計測毎 (各マークの計測毎）に計測条件の切り換えを 行う点にある。まず、主制御系 300のシステムコントローラ 307は、ショットマップデー タ部 306に記憶されているショットマップに基づいて、ウェハステージコントローラ 308 を介してウェハステージ 109を移動させ、サンプルショット SA1に対して設けられた Y 軸方向の位置計測用の Yマーク My 1を、ァライメントセンサ 200の計測視野内に配 置させる。また、システムコントローラ 307は、 Yマーク Mylを観察し、撮像し、更にそ の位置を計測するのに最適なァライメント計測条件 (第 1条件）になるように、ァラィメ ントセンサ 200及び主制御系 300内の各部の設定を制御する（ステップ Sl l l)。具 体的には、例えば、 Yマーク Mylは、前述したように、ウェハ Wに形成されているパタ ーン層の最表層に形成されたマークなので、これを観察するのに特段の観察光（照 明光)の波長を限定する必要はなぐ広帯域の白色光で観察すればよい。従って、シ ステムコントローラ 307は、ァライメントセンサ 200の波長選択機構 243において、波 長 530〜800nmの光束（白色光）を透過させるフィルタが選択されるように、波長選 択機構 243を制御する。
[0060] 主制御系 300 (システムコントローラ 307)は、上述したァライメント光の波長以外の ァライメント計測条件として、照明視野絞り 244、照明開口絞り 246、結像開口絞り 24 9及び指標照明視野絞り 257を制御して、ァライメントセンサ 200の光学系の開口数 N. A.、 σ及び照明光量 (光源 241や 255)等を制御する。また、主制御系 300 (シ ステムコントローラ 307)は、その他にも必要に応じて (ァライメント計測条件 (第 1条件 )の 1つとして）、リレーレンズ 245の後段に配置される照明開口絞りを、通常の円形 の透過部を有する照明開口絞り 246と図 3Aに示すような輪帯状の透過部 263aを有 する照明開口絞り 263との間で切り換え配置したり（照明条件の変更)、既述したよう に結像開口絞りとして絞り 249の代わりに、輪帯状の遮光部（マークからの 0次回折 光をカットする遮光部）を持つ絞り（不図示)を挿脱して暗視野 Z明視野検出方式を 切り換えたり、或いは、結像開口絞り 249の後段の結像開口絞り 249に近接した位置 に位相差板 264を挿入配置して、ァライメントセンサ 200を位相差顕微鏡型のセンサ として機能させるように制御する。
[0061] 更に、システムコントローラ 307は、主制御系 300の FIA演算ユニット 301で使用す る信号処理アルゴリズム（ァライメント計測条件の 1つ）として、 Yマーク My 1の計測に 最適なアルゴリズムが選択されるように、 FIA演算ユニット 301を制御する。
[0062] 計測対象の Yマーク My 1が計測視野内に配置され、ァライメント計測条件が Yマー ク Mylの計測に最適な条件 (第 1条件）に設定されると、 Yマーク Mylの計測を行う（ ステップ S112)。すなわち、計測対象となっているマーク Mylを含む被検知領域に 、光源 241から出射された照明光を照射し、被検知領域からの反射光を撮像素子 25 4で撮像信号に変換する。撮像された Yマーク Mylの撮像信号は、ァライメントセン サ 200から主制御系 300に転送され、主制御系 300の波形データ記憶装置 302に
SC fedれる。
[0063] 波形データが波形データ記憶装置 302に記憶されたら、 FIA演算ユニット 301がこ れを読み出し、ステップ S111で設定された信号処理条件に従って、すなわち、選択 された所定のアルゴリズム、演算処理及びスライスレベル等を用いて信号処理を行 ヽ 、撮像した画像よりマークを検出し、その位置を求める。撮像信号より Yマーク Mylが 検出されたら、その位置座標がァライメントデータ記憶部 303に記憶され、第 1のサン プルショット領域 SA1に対する Yマーク Mylの座標 (Y座標）の計測が終了する。
[0064] 第 1のサンプルショット領域 SA1に対する Yマーク Mylの座標計測が終了したら、 次に、第 1のサンプルショット領域 SA1に対する Xマーク Mxlの座標計測を行う。ま ず、主制御系 300のシステムコントローラ 307は、ショットマップデータ部 306に記憶 されて!/、るショットマップに基づ!/、て、現在計測対象となって!/、た Yマーク Mylの座 標と次に計測対象となる Xマーク Mxlの座標との設計値上の相対値と、現在計測を 行った Yマーク Mylの位置情報とに基づいて、ウェハステージコントローラ 308を介 してウェハステージ 109を移動させ、サンプルショット SA1に対して設けられた X軸方 向の位置計測用の Xマーク Mxlを、ァライメントセンサ 200の計測視野内に配置させ る。
[0065] また、システムコントローラ 307は、 Xマーク Mxlを観察し、撮像し、更にその位置を 計測するのに適したァライメント計測条件 (前記第 1条件とは異なる第 2条件とする）と なるように、ァライメントセンサ 200及び主制御系 300内の各部の設定を制御する (ス テツプ S113)。具体的には、例えば、 Xマーク Mxlは、前述したように、ウェハ Wに 形成されているパターン層の最表層から一層下の層に形成されたマークなので、こ れを適切に観察する観察光としては、最表層を構成している物質に対して透過率の 高い観察光 (照明光)を使用することが好ましい。例えば、そのような観察光が赤色域 の光であったとすると、システムコントローラ 307は、ァライメントセンサ 200の波長選 択機構 243において、波長 710〜800nmの光束 (赤色光）を透過させるフィルタが 選択されるように、波長選択機構 243を制御する。
[0066] 更に、 Yマーク Mylの撮像の場合で既述したのと同様に、主制御系 300 (システム コントローラ 307)は、 Xマーク Mxlの計測に最適な計測条件となるように、光源 241 及び 255や、各絞り 244、 246、 249及び 257の制御、照明開口絞りの選択、位相差 板の配置、主制御系 300の FIA演算ユニット 301における信号処理条件等をァライメ ント計測条件 (第 2条件)の 1つとしてそれぞれ必要に応じて設定制御する。
[0067] 計測対象の Xマーク Mxlが計測視野内に配置され、計測条件が Xマーク Mxlの 計測に最適な条件に設定されると、 Xマーク Mxlの計測を行う（ステップ S 114)。す なわち、計測対象となっている Xマーク Mxlを含む被検知領域に、光源 241から出 射された赤色照明光を照射し、被検知領域力もの反射光を撮像素子 254で撮像信 号に変換する。撮像された Xマーク Mxlの撮像信号は、ァライメントセンサ 200から 主制御系 300に転送され、主制御系 300の波形データ記憶装置 302に記憶される。
[0068] 波形データが波形データ記憶装置 302に記憶されたら、 FIA演算ユニット 301がこ れを読み出し、ステップ S113で設定された信号処理条件に従って、すなわち、選択 された所定のアルゴリズム、演算処理及びスライスレベル等を用いて信号処理を行 ヽ
、撮像した画像よりマークを検出する。撮像信号より Xマーク Mxlが検出されたら、そ の位置座標がァライメントデータ記憶部 303に記憶され、この第 1のマークの X座標 の計測が終了する。
[0069] 第 1のサンプルショットに対する Yマーク Myl及び Xマーク Mxlの計測が終了した ら、同様にして、第 2〜第 4のサンプルショットに対する Yマーク及び Xマークの位置 計測を行う。すなわち、例えばァライメント計測条件の 1つとしての照明光の波長域を 広帯域白色光 (ブロードバンド照明）に切り換える等して Yマークの計測に適切な計 測条件 (第 1条件）に設定し (ステップ S121)、第 2のサンプルショット SA2に対する Y マーク My2の位置計測を行う（ステップ S122)。次に、例えばァライメント計測条件の 1つとしての照明光の波長域を赤色光 (赤色照明）に切り換える等して Xマークの計 測に適切な計測条件 (第 2条件）に設定し (ステップ S123)、第 2のサンプルショット S A2に対する Xマーク Mx2の位置計測を行う（ステップ S 124)。
[0070] 更に、第 3及び第 4のサンプルショット SA3及び SA4に対しても同様に、例えばァラ ィメント計測条件の 1つとしての照明光の波長域を広帯域白色光 (ブロードバンド照 明）に切り換える等して Yマークの計測に適切な計測条件 (第 1条件）に設定し (ステ ップ S131及び S141)、第 3及び第 4のサンプルショット SA3及び SA4に対する Yマ ーク My3及び My4の位置計測を行う（ステップ S 132及び S 142)。次に、例えばァラ ィメント計測条件の 1つとしての照明光の波長域を赤色光 (赤色照明）に切り換える等 して Xマークの計測に適切な計測条件 (第 2条件）に設定し (ステップ S 133及び S 14 3)、第 3及び第 4のサンプルショット SA3及び SA4に対する Xマーク Mx3及び Mx4 の位置計測を行う（ステップ S 134及び S 144)。
[0071] 以上の処理を繰り返し、ウェハ W上に設定されたサンプルショット SA1〜SA4に対 する各マーク Mxl, Myl, Mx2, My2, Mx3, My 3, Mx4、 My4を j噴に計測する ことで、ァライメントマークの位置計測は終了する。計測された座標値は、主制御系 3 00のァライメントデータ記憶部 303を介して演算ユニット 304に供給される。演算ュ ニット 304は、マークの設計上の座標値及び計測された座標値より、予め設定した所 定の EGA計算式を満足するパラメータを、例えば最小自乗法を用いて求める。そし て、演算ユニット 304は、求めたパラメータ及び各ショット領域 ESiの設計上の配列座 標値を EGA計算式に適用して、各ショット領域 ESiの計算上の配列座標値を求める
[0072] その後、求めた配列座標値に基づいて露光処理が行われる。露光処理を行うにあ たって、ァライメントセンサ 200の計測中心と、投影光学系 PLの露光フィールド内の 基準点との間隔であるベースライン量はそれぞれ予め求められている。そこで、シス テムコントローラ 307は、演算ユニット 304で算出された配列座標にベースライン量の 補正を行って得られた計算上の座標値に基づ 、て、順次各ショット領域 ESiの位置 決めを行って、レチクル Rのパターン像を露光する。
[0073] このように、本処理例によれば、計測するレイヤー毎に（換言すれば、 Xマーク及び Yマーク毎に、更に換言すれば X軸方向の計測と Y軸方向の計測において)計測条 件を切り換えるようにし、各計測対象のマークに対して最適な条件で計測ができるよう にしている。従って、各マークを適切に撮像し、適切にその位置を計測しており、高 精度に位置を計測することができ、高精度なァライメントが行える。
[0074] [第 2の処理例]
露光装置 100の第 2の処理例として、前述した第 1の処理例と同じくウェハ Wの各 ショット領域の位置を EGA方式により検出する処理であって、各ショット領域に対する ァライメントマークの位置を、レイヤー毎又はマークの種類毎 (X軸方向及び Y軸方向 の各ァライメントマーク毎）に連続して検出する方法について説明する。処理対象の ウェハ W、ショット領域の配列、選択されるサンプルショット及び位置検出するマーク は、何れも前述した第 1の処理例と同じである。
[0075] 図 8は、第 2の処理例として示すマークの位置計測方法による処理の流れを示すフ ローチャートである。まず、主制御系 300のシステムコントローラ 307は、 4つのサンプ ルショット SA1〜SA4に対する Y軸方向のァライメントマーク（Yマーク） Myl〜My4 の位置計測が最も好ま 、計測条件下で行えるように、ァライメントセンサ 200及び 主制御系 300で使用するァライメント計測条件 (第 1条件)を決定し、設定する (ステツ プ S211)。
[0076] 選択 (切り換え)設定されるァライメント計測条件としては、例えば、照明光の光源 2 41及び指標板照明光の光源 255の発光量がある。また、照明視野絞り 244、照明開 口絞り 246、結像開口絞り 249 (或いは既述した輪帯遮光部を備えた結像開口絞り） 及び指標照明視野絞り 257の絞り状態がある。これらを制御することにより、照明条 件 (通常照明 Z変形照明)や暗視野 Z明視野検出方式や、光学系の開口数 N. A. 、 σ及び照明光量等を設定制御することができる。また、波長選択機構 243におい て使用するフィルタを制御することにより、照明光 (計測光)の波長を選択することが できる。また、他のァライメント計測条件として、照明開口絞りを、通常の円形の透過 部を有する照明開口絞り 246から図 3Αに示すような輪帯状の透過部 263aを有する 照明開口絞り 263に変更し、更に、結像開口絞り 249の後段の結像開口絞り 249に 近接した位置に位相差板 264を配置することにより、ァライメントセンサ 200を位相差 顕微鏡型のセンサとして機能させるように制御することもできる。
[0077] また、ァライメント計測条件として信号処理条件も含まれるものであり、主制御系 30 0の FIA演算ユニット 301で使用する波形解析 (波形処理)アルゴリズムや演算ュ-ッ ト 304で使用する EGA計算モデル等の信号処理アルゴリズムの選択、選択した各信 号処理アルゴリズムで使用する種々のパラメータの選択等がある。
[0078] 本処理例においては、ァライメント計測条件 (第 1条件の中の一例）として、例えば ァライメントセンサ 200における照明光の波長の最適化を行うものとする。処理対象 のウェハ Wに形成される Yマーク Myl〜My4は、前述したように、ウェハ Wに積層さ れているパターン層（レイヤー）の最表層に形成されたマークであり、これを観察する のに特段の観察光 (照明光)の波長を限定する必要はなぐ広帯域の白色光で観察 すればよい。従って、システムコントローラ 307は、ァライメントセンサ 200の波長選択 機構 243において波長 530〜800nmの光束（白色光）を透過させるフィルタが選択 されるように、波長選択機構 243の設定 (制御）を行う。
[0079] 計測条件を設定したら、第 1〜第 4のサンプルショット SA1〜SA4の Yマーク Myl 〜My4の位置計測 (Y軸方向の位置計測）を、順次連続して行う（ステップ S212〜S 215)。
[0080] まず主制御系 300のシステムコントローラ 307は、ショットマップデータ部 306に記 憶されているショットマップに基づいて、ウェハステージコントローラ 308を介してゥェ ハステージ 109を移動させ、サンプルショット SA1に対して設けられた Y軸方向の位 置計測用の Yマーク Mylを、ァライメントセンサ 200の計測視野内に配置させる。そ して、 Yマーク My 1が計測視野内に配置されたら、主制御系 300がァライメントセン サ 200の計測条件を制御しつつ、最適な計測条件で Yマーク My 1の撮像を行い、そ の位置計測を行う（ステップ S212)。
[0081] すなわち、 Yマーク Mylを含む被検知領域に、光源 241から出射され波長選択機 構 243及び照明視野絞り 244等を通過した照明光を照射する。そして、被検知領域 からの反射光を、結像開口絞り 249及び指標板 252等を介して撮像素子 254で受光 し、光電変換により撮像信号を生成する。得られた Yマーク Mylの撮像信号は、ァラ ィメントセンサ 200から主制御系 300に転送され、主制御系 300の波形データ記憶 装置 302に記憶される。
[0082] 波形データ記憶装置 302に記憶された撮像信号は、 FIA演算ユニット 301により読 み出され、ステップ S211で設定された信号処理条件に従って、すなわち設定された 処理アルゴリズム及びパラメータに従って信号処理される。その結果、撮像信号より Y マーク Mylが抽出され、その位置が検出される。検出された Yマーク Mylの位置情 報 (座標値）は、ァライメントデータ記憶部 303に記憶される。これにより、第 1のサン プルショット SA1の Yマーク Mylの位置計測の処理が終了する。
[0083] 第 1のサンプルショット SA1の Yマーク Mylの位置計測が終了したら、次に、第 2の サンプルショット SA2の Yマーク My2の位置計測を行う（ステップ S213)。主制御系 3 00のシステムコントローラ 307は、ショットマップデータ部 306に記憶されているショッ トマップに基づ 、て、現在計測対象となって!/、た第 1のサンプルショット SA1の Yマー ク Mylの座標と、次に計測対象となる第 2のサンプルショット SA2の Yマーク My2の 座標との設計値上の相対値と、現在計測を行った第 1のサンプルショット SA1の Yマ ーク Mylの位置情報とに基づいて、ウェハステージコントローラ 308を介してウェハ ステージ 109を移動させ、第 2のサンプルショット SA2の Yマーク My2をァライメントセ ンサ 200の計測視野内に配置させる。
[0084] そして、 Yマーク My2が計測視野内に配置されたら、主制御系 300がァライメントセ ンサ 200の計測条件を制御しつつ、前述した第 1のサンプルショット SA1の Yマーク Mylの計測処理と同様の処理により、最適な計測条件での Yマーク My2の撮像及 びその位置計測を行う。この時、直前の計測対象のマークは、今回の計測対象のマ ークと同じ Y軸方向のァライメントを行うための Yマークなので、同一の計測条件を適 用して計測を行うことができる。すなわち、計測条件を変更することなぐ Yマーク My 1の次に直ちに Yマーク My2の計測を行うことができる。
[0085] 同様に、第 2のサンプルショット SA2の Yマーク My2の位置計測が終了したら、主 制御系 300のシステムコントローラ 307は、ショットマップデータ部 306に記憶されて Vヽるショットマップに基づ ヽて第 3のサンプルショット SA3の Yマーク My3をァライメン トセンサ 200の計測視野内に配置させ、第 3のサンプルショット SA3の Yマーク My3 の位置計測を行う（ステップ S214)。更に、第 3のサンプルショット SA3の Yマーク My 3の位置計測が終了したら、第 4のサンプルショット SA4の Yマーク My4をァライメント センサ 200の計測視野内に配置させ、第 4のサンプルショット SA4の Yマーク My4の 位置計測を行う（ステップ S 215)。
[0086] 第 1〜第 4のサンプルショット SA1〜SA4の各 Yマーク Myl〜My4の位置計測が 終了したら、次に、第 1〜第 4のサンプルショット SA1〜SA4の各 Xマーク Mxl〜Mx 4の位置計測を行う。そのために、主制御系 300のシステムコントローラ 307は、 Xマ ーク Mxl〜Mx4の位置計測が最適な計測条件の下で行えるように、最適なァラィメ ント計測条件 (第 2条件)を決定し設定する (ステップ S221)。
[0087] 本処理例にぉ 、ては、 Yマーク Myl〜My4の位置計測時と同様に、計測条件とし て (第 2条件の一例として）、ァライメントセンサ 200における照明光の波長の最適化 を行うものとする。処理対象のウェハ Wに形成される Xマーク Mxl〜Mx4は、前述し たように、ウエノ、 Wに積層されて 、るパターン層（レイヤー）の最表層の 1つ下の層に 形成されたマークであり、これを適切に観察するためには、最表層を構成している物 質に対して透過率の高い観察光 (照明光)を使用することが好ましい。ここでは、その ような観察光は例えば赤色域の光であったとする。その場合、システムコントローラ 30 7は、ァライメントセンサ 200の波長選択機構 243において、波長 710〜800nmの光 束 (赤色光)を透過させるフィルタが選択されるように、波長選択機構 243の設定 (制 御)を行う。 [0088] 計測条件を設定したら、第 1〜第 4のサンプルショット SA1〜SA4の Xマーク Mxl 〜Mx4の位置計測 (X軸方向の位置計測）を、順次連続して行う (ステップ S222〜S 225) o
[0089] Yマーク Mylの計測時と同様に、主制御系 300のシステムコントローラ 307は、ショ ットマップデータ部 306に記憶されているショットマップに基づいて、ウェハステージコ ントローラ 308を介してウェハステージ 109を移動させ、サンプルショット SA1に対し て設けられた X軸方向の位置計測用の Xマーク Mxlを、ァライメントセンサ 200の計 測視野内に配置させる。そして、主制御系 300がァライメントセンサ 200の計測条件 を制御しつつ、最適な計測条件で Xマーク Mxlの撮像を行い、その位置計測を行う (ステップ S222)。
[0090] すなわち、 Yマーク Mylを含む被検知領域に、光源 241から出射され、波長選択 機構 243の赤色域フィルタを通過した赤色照明光を照射する。そして、被検知領域 からの反射光を、結像開口絞り 249及び指標板 252等を介して撮像素子 254で受光 し、光電変換により撮像信号を生成する。得られた Xマーク Mxlの撮像信号は、ァラ ィメントセンサ 200から主制御系 300に転送され、主制御系 300の波形データ記憶 装置 302に記憶される。
[0091] 波形データ記憶装置 302に記憶された撮像信号は、 FIA演算ユニット 301により読 み出され、ステップ S221で設定された信号処理条件に従って、すなわち設定された 処理アルゴリズム及びパラメータに従って信号処理される。その結果、撮像信号より X マーク Mxlが抽出され、その位置が検出される。検出された Xマーク Mxlの位置情 報 (座標値）は、ァライメントデータ記憶部 303に記憶される。これにより、第 1のサン プルショット SA1の Xマーク Mxlの位置計測の処理が終了する。
[0092] 第 1のサンプルショット SA1の Xマーク Mxlの位置計測が終了したら、次に、第 2の サンプルショット SA2の Xマーク Mx2の位置計測を行う（ステップ S223)。主制御系 3 00のシステムコントローラ 307は、ショットマップデータ部 306に記憶されているショッ トマップに基づ 、て、現在計測対象となって!/、た第 1のサンプルショット SA1の Xマー ク Mxlの座標と、次に計測対象となる第 2のサンプルショット SA2の Xマーク Mx2の 座標との設計値上の相対値と、現在計測を行った第 1のサンプルショット SA1の Xマ ーク Mxlの位置情報とに基づいて、ウェハステージコントローラ 308を介してウェハ ステージ 109を移動させ、第 2のサンプルショット SA2の Xマーク Mx2をァライメントセ ンサ 200の計測視野内に配置させる。
[0093] そして、 Xマーク Mx2が計測視野内に配置されたら、主制御系 300がァライメントセ ンサ 200の計測条件を制御しつつ、前述した第 1のサンプルショット SA1の Xマーク Mxlの計測処理と同様の処理により、最適な計測条件での Xマーク Mx2の撮像及 びその位置計測を行う。この時、直前の計測対象のマークは、今回の計測対象のマ ークと同じ X軸方向のァライメントを行うための Xマークなので、同一の計測条件を適 用して計測を行うことができる。すなわち、計測条件を変更することなぐ Xマーク Mx 1の次に直ちに Xマーク Mx2の計測を行うことができる。
[0094] 同様に、第 2のサンプルショット SA2の Xマーク Mx2の位置計測が終了したら、主 制御系 300のシステムコントローラ 307は、ショットマップデータ部 306に記憶されて Vヽるショットマップに基づ ヽて第 3のサンプルショット SA3の Xマーク Mx3をァライメン トセンサ 200の計測視野内に配置させ、第 3のサンプルショット SA3の Xマーク Mx3 の位置計測を行う（ステップ S224)。更に、第 3のサンプルショット SA3の Xマーク Mx 3の位置計測が終了したら、第 4のサンプルショット SA4の Xマーク Mx4をァライメント センサ 200の計測視野内に配置させ、第 4のサンプルショット SA4の Xマーク Mx4の 位置計測を行う（ステップ S225)。
[0095] 以上の処理により、ウェハ W上に設定されたサンプルショット SA1〜SA4に対する 各マーク Myl〜My4及び Mxl〜Mx4の位置計測が終了する。そして、計測された 座標値は、主制御系 300のァライメントデータ記憶部 303を介して演算ユニット 304 に供給される。演算ユニット 304は、マークの設計上の座標値及び計測された座標 値より、予め設定した所定の EGA計算式を満足するパラメータを、例えば最小自乗 法を用いて求める。そして、演算ユニット 304は、求めたパラメータ及び各ショット領域 ESiの設計上の配列座標値を EGA計算式に適用して、各ショット領域 ESiの計算上 の配列座標値を求める。
[0096] そして、求めた配列座標値に基づ!/、て露光処理を行う。露光処理を行うにあたって 、ァライメントセンサ 200の計測中心と、投影光学系 PLの露光フィールド内の基準点 との間隔であるベースライン量はそれぞれ予め求められている。そこで、システムコン トローラ 307は、演算ユニット 304で算出された配列座標にベースライン量の補正を 行って得られた計算上の座標値に基づ 、て、順次各ショット領域 ESiの位置決めを 行い、各ショット領域にレチクル Rのパターン像を露光する。 1枚のウェハ Wの全ショ ット領域への露光が終了したら、そのウェハ Wの搬出が行われ、同一ロットの次のゥ ェハに対して同様の処理を行う。
[0097] 本処理例においても、第 1の処理例と同様に、レイヤー毎に（換言すれば Xマーク 及び Yマーク毎に、更に換言すれば X軸方向の計測と Y軸方向の計測毎に)計測条 件を切り換えるようにし、各計測対象のマークに対して最適な条件で計測ができるよう にしている。従って、各マークを適切に撮像し、適切にその位置を計測しており、高 精度に位置を計測することができ、高精度なァライメントが行える。更に、本処理例に よれば、ー且 Y軸方向の（最表層上の）マークの計測条件、或いは X軸方向の（最表 層の 1つ下の層上の）マークの計測条件を設定したら、全ての計測ショット（サンプル ショット）の Yマークの計測或いは Xマークの計測を連続して行っている。従って、第 1 の処理例のように 1つのマークの計測毎に計測条件を変更する必要がなく（計測条 件の変更動作を 1回だけ行えばよく）、効率よく順次マークの計測を行うことができる。 すなわち、このような方法でマークの計測を行うことにより、計測条件の最適化を行う ことによるスループットの低下を防ぐことができる。
[0098] [第 3の処理例]
露光装置 100の第 3の処理例として、ベースライン量の計測処理について説明する 。ウェハ Wの各ショット領域に露光を行うためのウェハステージ 109の位置制御に用 V、る最終的な位置情報は、ァライメントセンサ 200による位置計測結果に基づ 、て E GAを行い算出した各ショット領域の位置情報を、ァライメントセンサ 200の計測視野 内の基準位置と投影光学系の投影視野内の基準位置との差であるベースライン量を 用いて補正した値となる。前述した第 1の処理例及び第 2の処理例においては、本発 明に係るマークの計測方法として、レイヤー毎に (X軸方向及び Y軸方向に)各々異 なる計測条件でマークの検出及び位置の計測を行うようにしたが、このようにして検 出した位置情報に対して用いるベースライン量として、ァライメントセンサ 200で使用 するァライメント計測条件と同じ計測条件で計測したベースライン量を用いるのが好 ましい。すなわち、ァライメントセンサ 200において前述したように X軸方向及び Y軸 方向に異なる計測条件で計測を行う場合には、これに適用するベースライン量も、位 置計測の際の計測条件と同じ条件で、各計測条件毎にそれぞれ個別に (レイヤー毎 に、或いは、 X軸方向及び Y軸方向に各々別個に)検出するのが好適である。本処 理例では、そのようなベースライン量を求める処理について図 9を参照して説明する
[0099] 図 9は、第 3の処理例として示すベースライン計測の処理の流れを示すフローチヤ ートである。図 9にフローチャートを示すベースライン計測処理においては、まず、 Y 軸方向のベースライン量を算出する（ステップ S311〜S313)。そのために、主制御 系 300のシステムコントローラ 307は、ウェハの各ショット領域の Yマーク Myiの位置 計測を適切に行うためのァライメント計測条件 (制御条件)を検出し、これと同一の計 測条件を設定する (ステップ S311)。ここでは、第 1及び第 2の処理例と同様に、ァラ ィメントセンサ 200の照明光として広帯域の白色光を用いる旨の条件が決定され、実 際にァライメントセンサ 200の照明波長が切り換えられる。
[0100] その上で、 Y軸方向のベースラインの計測（BCHK:ベースラインチェック）を行う（ス テツプ S312)。すなわち、まず、主制御系 300のシステムコントローラ 307力 ウェハ ステージ 109を移動させ、ウェハステージ 109に設けられている基準板 110のウェハ フィデューシャルマーク WFMを、レチクルァライメント系 106の視野内に配置し、そ の Y軸方向の位置情報を計測する。次に、主制御系 300のシステムコントローラ 307 は、ウェハステージ 109を移動させ、ウェハステージ 109に設けられている基準板 11 0のウェハフィデューシャルマーク WFMをァライメントセンサ 200の計測視野内に配 置させる。そして、主制御系 300がァライメントセンサ 200の計測条件を制御しつつ、 ウェハフィデューシャルマーク WFMの Y軸方向の位置を計測する。なお、ここで用 いるウェハフィデューシャルマーク WFMは、 XY両軸に共通なマーク（二次元計測用 マーク）であってもよいし、 Y軸方向の計測のための専用のマーク（一次元計測用マ ーク）であってもよい。
[0101] そして、主制御系 300のシステムコントローラ 307において、計測したこれらの位置 情報より、ァライメントセンサ 200の光軸と投影光学系 PLの光軸 AXとの間の Y方向 の距離を検出し、 Υ方向のベースライン量（BCHK量）とする（ステップ S 313)。
[0102] Υ軸方向のベースライン量の算出が終了したら、 X軸方向のベースライン量の算出 を行う（ステップ S321〜S323)。主制御系 300のシステムコントローラ 307は、ウェハ の各ショット領域の Xマーク Mxiの位置計測を適切に行うためのァライメント計測条件 (制御条件)を検出し、これと同一の計測条件を設定する (ステップ S321)。ここでは 、第 1及び第 2の処理例と同様に、ァライメントセンサ 200の照明光として赤色光を用 いる旨の条件が設定される。
[0103] その上で、 X軸方向のベースラインの計測（BCHK:ベースラインチェック）を行う（ス テツプ S322)。すなわち、まず、主制御系 300のシステムコントローラ 307力 ウェハ ステージ 109を移動させ、ウェハステージ 109に設けられている基準板 110のウェハ フィデューシャルマーク WFMを、レチクルァライメント系 106の視野内に配置し、そ の X軸方向の位置情報を計測する。次に、主制御系 300のシステムコントローラ 307 は、ウェハステージ 109を移動させ、ウェハステージ 109に設けられている基準板 11 0のウェハフィデューシャルマーク WFMをァライメントセンサ 200の計測視野内に配 置させる。そして、主制御系 300がァライメントセンサ 200の計測条件を制御しつつ、 ウェハフィデューシャルマーク WFMの X軸方向の位置を計測する。なお、ここで用い るウェハフィデューシャルマーク WFMは、 XY両軸に共通なマーク（二次元計測マー ク）であってもよ 、し、 X軸方向の計測のための専用のマーク（一次元計測マーク）で あってもよい。
[0104] そして、主制御系 300のシステムコントローラ 307において、計測したこれらの位置 情報より、ァライメントセンサ 200の光軸と投影光学系 PLの光軸 AXとの間の X方向 の距離を検出し、 X方向のベースライン量（BCHK量）とする（ステップ S323)。
[0105] このようにして計測された X軸方向及び Y軸方向各々のベースライン量は、例えば 前述した第 1の処理例及び第 2の処理例のような X軸方向及び Y軸方向に異なる計 測条件で位置計測を行うような場合に、その各方向につ!ヽてァライメントセンサ 200 で計測した位置情報を投影光学系 PLの光軸 AXを基準とする座標系の位置情報に 変換するのに用いられる。 [0106] このように、ベースライン量を X軸方向及び Y軸方向の各計測条件に応じた条件で 別個に計測し、別個に保持することにより、各軸方向におけるマークの位置計測結果 に対して、適切に位置座標値の変換 (補正）を行うことができ、いわゆる、ベースライ ンだまされというような誤差を抑制することができる。従って、高精度なァライメントを行 うことができる。
[0107] [第 4の処理例]
前述した第 1の処理例及び第 2の処理例のように、一連のァライメント処理の途中で 計測条件を切り換える場合であって、その計測条件の切り換え内容が、例えば波長 選択機構 243のフィルタの切り換えや、位相差板 264の移動と!/、うような光学的或!、 は機械的 (メカ的）な移動を伴う場合には、この切り換えに伴ってベースライン量等に 誤差が生じている可能性がある。そのような状態に対応するためには、計測条件の 切り換えを行う毎に、ロット内の処理であってもベースライン計測を実行するようにす ればよい。ベースライン計測を適宜行いながら、ウェハ Wの各ショット領域の位置を Ε GA方式により検出する処理について、第 4の処理例として説明する。
[0108] 図 10は、第 4の処理例として示すマークの位置計測方法による処理の流れを示す フローチャートである。この処理は、基本的に前述した第 2の処理例に示した処理例（ 図 8)と同じである。第 4の処理例に示す処理において第 2の処理例と相違している点 は、ァライメント計測条件の変更があった場合、その直後に、使用するベースライン量 を計測しなおす点である。具体的には、 Υ軸方向のベースライン量を再計測するステ ップ (ステップ S412)と、 X軸方向のベースライン量を再計測するステップ (ステップ S 422)が追加されている。ステップ S412では、ステップ S411で設定されたァライメン ト条件 (第 1条件）下でベースライン量を計測し、ステップ S422ではステップ S421で 設定されたァライメント条件 (第 2条件）下でベースライン量を計測する。ベースライン 量の計測手法は、図 9を参照して既述した通りであり、その他のステップについては 図 8を参照して既述した通りであるので、ここでの説明は省略する。
[0109] このように、ァライメントセンサ 200の計測条件の変更がある毎に、ベースライン計測 を行うことにより、計測条件の切り換えによりベースライン等にわずかな変動が生じた 場合であっても、直ちにこれに対応することができ、結果としてマークの位置を高精 度に計測することができ、高精度なァライメントが行える。
[0110] なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって 本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の 技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改 変が可能である。
[0111] 例えば、露光装置 100の構成、ァライメントセンサ 200の構成、主制御系 300の構 成は、各々、図 1、図 2及び図 4に示した構成に限られるものではない。
[0112] また、本実施形態では、ァライメントセンサ 200として、オファクシス方式の FIA系（ 結像式のァライメントセンサ）を用いる場合について説明したが、これに限らずいかな る方式のマーク検出系を用いても構わない。すなわち、 TTR (Through The Reti cle)方式、 TTL (Through The Lens)方式、またオファクシス方式の何れの方式 であっても、更に検出方式が FIA系等で採用される結像方式 (画像処理方式)以外、 例えば回折光又は散乱光を検出する方式等であっても構わない。例えば、ウェハ上 のァライメントマークにコヒーレントビームをほぼ垂直に照射し、当該マークから発生 する同次数の回折光（± 1次、 ± 2次、……、 ±n次回折光）を干渉させて検出するァ ライメント系でもよい。この場合、次数毎に回折光を独立に検出し、少なくとも 1つの次 数での検出結果を用いるようにしてもよ!、し、波長が異なる複数のコヒーレントビーム をァライメントマークに照射し、波長毎に各次数の回折光を干渉させて検出してもよ い。
[0113] また、本発明は前記各実施形態の如き、ステップ'アンド'スキャン方式の露光装置 に限らず、ステップ'アンド'リピート方式、又はプロキシミティ方式の露光装置 (X線露 光装置等)を始めとする各種方式の露光装置にも全く同様に適用が可能である。ま た、露光装置で用いる露光用照明光 (エネルギービーム）は紫外光に限られるもので はなぐ X線 (EUV光を含む）、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線等でもよい。ま た、 DNAチップ、マスク又はレチクル等の製造用に用いられる露光装置でもよい。
[0114] 本開示は、 2004年 4月 23日に提出された日本国特許出願第 2004— 128536号 に含まれた主題に関連し、その開示の全てはここに参照事項として明白に組み込ま れる。

Claims

請求の範囲
[1] 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを、計測系を用いて計測する計測方法であって 前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複 数の第 1マークを計測する時には、前記計測系の計測条件を第 1条件に設定する第 1工程と、
前記所定基板上の前記第 1マークの全てを前記第 1条件下で計測した後に、前記 計測条件を前記第 1条件から第 2条件に切り換え設定する第 2工程と、
前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複 数の第 2マークの全てを、前記第 2条件下で計測する第 3工程と
を含むことを特徴とする計測方法。
[2] 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを、計測系を用いて計測する計測方法であって 前記所定基板上の前記第 1マークを計測する時には、前記計測系の計測条件を第 1条件に設定する第 1工程と、
前記所定基板上の前記第 2マークを計測する時には、前記計測系の計測条件を、 前記第 1条件とは異なる第 2条件に設定する第 2工程と、
前記計測系による計測の際の基準位置と、前記基板に対して所望の処理を行う処 理系において該処理を施す際の位置を規定する基準位置との間隔であるベースライ ン量を、前記第 1条件及び前記第 2条件毎にそれぞれ計測する第 3工程と
を含むことを特徴とする計測方法。
[3] 前記第 3工程における前記計測条件毎の前記ベースライン量の計測は、前記計測 条件が切り換えられる度にその都度実行され、
前記設定された計測条件下でのそれぞれの計測結果と、該設定された計測条件に それぞれ対応する前記ベースライン量とに基づ ヽて、前記処理系にお ヽて前記処理 を行う際の前記基板の目標移動位置を算出することを特徴とする請求項 2に記載の 計測方法。
[4] 前記計測条件は、前記マークを照明する照明ビームの照明条件、前記照明ビーム で照明されたマーク力 発生するビームを受光する際の受光条件、及び前記マーク 力 生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の信号処理条件、のう ちの少なくとも 1つの条件を含むことを特徴とする請求項 1〜3の何れか一項に記載 の計測方法。
[5] 前記計測系は前記照明ビームを前記マーク上に照射する照明光学系と、前記マー タカ 生じたビームを受光する受光光学系とを備えており、
前記照明条件は、前記照明ビームの波長、光量、及び前記照明光学系の NA又は σの少なくとも 1つを含み、
前記受光条件は、前記受光光学系の光路内に、前記マークから生じる所定次数の 回折ビームに対して所定の位相差を付与する位相付与部材を配置させた状態と、該 位相付与部材を該光路外へ退避させた状態と、を含むことを特徴とする請求項 4に 記載の計測方法。
[6] 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを、該マーク上に照明ビームを照射する照明光 学系と、前記マーク力 のビームを受光する受光光学系とを備える計測系を用いて 計測する計測方法であって、
前記計測系は前記マークを計測する際に変更可能な計測条件として、前記照明ビ ームの光量、前記照明光学系の ΝΑ又は σ、前記マークから生じる所定次数の回折 ビームに対して所定の位相差を付与する位相付与部材の前記受光光学系光路内へ の挿入又は退避、前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理 する際の信号処理条件、のうちの少なくとも 1つを含み、
前記所定基板上の第 1マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条件を第 1条件に設定し、
前記所定基板上の前記第 2マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条 件を、前記第 1条件とは異なる第 2条件に設定することを特徴とする計測方法。
[7] 前記第 1マークは、前記基板上に積層された第 1レイヤー上に形成されたマークで あり、
前記第 2マークは、前記基板上に積層され、且つ前記第 1レイヤーとは異なる第 2レ ィヤー上に形成されたマークであることを特徴とする請求項 1〜6の何れか一項に記 載の計測方法。
[8] 前記第 1マークは、 2次元平面内の所定方向における前記基板の位置を測定する ために形成されたマークであり、
前記第 2マークは、前記 2次元平面内の前記所定方向と直交する方向における前 記基板の位置を測定するために形成されたマークであることを特徴とする請求項 1〜 7の何れか一項に記載の計測方法。
[9] マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、
前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、請求項 1〜8の何れか 一項に記載の計測方法により、当該マスク又は当該基板に形成されたマークの位置 を計測し、当該計測結果に基づ 、て前記マスク又は前記基板の位置決めを行う工程 を含むことを特徴とする露光方法。
[10] 請求項 1〜8の何れか一項に記載の計測方法により、物体上の計測対象を計測す ることを特徴とする計測装置。
[11] 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを計測する計測装置であって、
前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複 数の第 1マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第 1条件に設定し、 前記複数の第 2マークを計測する時には、該計測条件を該第 1条件とは異なる第 2条 件に設定する条件設定手段と、
前記所定基板上の前記第 1マークの全てを前記第 1条件下で計測した後に、前記 計測条件を前記第 1条件から第 2条件に切り換え設定するよう、前記条件設定手段 を制御する制御手段と
を有することを特徴とする計測装置。
[12] 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを計測する計測装置であって、 前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複 数の第 1マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第 1条件に設定し、 前記複数の第 2マークを計測する時には、該計測条件を該第 1条件とは異なる第 2条 件に設定する条件設定手段と、
前記計測装置による計測の際の基準位置と、前記基板に対して所望の処理を行う 処理装置において該処理を施す際の位置を規定する基準位置との間隔であるべ一 スライン量を、前記設定された計測条件毎にそれぞれ保持する保持装置と
を有することを特徴とする計測装置。
[13] 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第 1マーク、及び該第 1マークとは異なる複数の第 2マークを計測する装置であり、且つ該マーク上に照明 ビームを照射する照明光学系と、前記マーク力 ビームを受光する受光光学系とを 備えた計測装置であって、
前記マークを計測する際に変更可能な前記計測装置の計測条件として、前記照明 ビームの光量、前記照明光学系の NA又は σ、前記マーク力 生じる所定次数の回 折ビームに対して所定の位相差を付与する位相付与部材の前記受光光学系光路内 への挿入又は退避、前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処 理する際の信号処理条件、のうちの少なくとも 1つを含み、
前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複 数の第 1マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第 1条件に設定し、 前記複数の第 2マークを計測する時には、該計測条件を該第 1条件とは異なる第 2条 件に設定する条件設定手段を有することを特徴とする計測装置。
[14] マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、請求項 10〜13の何れ か一項に記載の計測装置を用いて、当該マスク又は当該基板に形成されたマークの 位置を計測し、当該計測結果に基づ 、て前記マスク又は前記基板の位置決めを行う 位置決め装置を有することを特徴とする露光装置。
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