(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置においてマスクあるいはウエハを、少なくともＸ軸、Ｙ軸方向に可動のステージに平行になるようにレベリングを行うに際し、前記ステージを駆動してそこに設置された複数のレベリング用のセンサにより前記マスクあるいはウエハの同一点に対する距離を計測し、前記複数のセンサのセンサ信号から初期オフセット量を算出するためのレベリング用計測方法において、
前記複数のセンサのそれぞれについて、前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするための計測エリアマップを作成するステップと、
前記計測エリアマップに基づいて前記ステージを駆動して、前記複数のセンサのそれぞれにより前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするステップと、
前記複数のセンサのそれぞれから得られる複数回スキャンによる複数のパターン計測情報を３次元情報として保持するステップと、
前記保持された前記複数のセンサによる前記３次元情報に対してパターンマッチング処理を行い、マッチングのとれたパターンから前記マスクあるいはウエハの同一点を推定するステップと、
推定された前記マスクあるいはウエハの同一点を用いて前記複数のセンサによる前記３次元情報をそれぞれ参照して前記複数のセンサの前記初期オフセット量を算出するステップとを含むことを特徴とするレベリング用計測方法。
【請求項２】
請求項１記載のレベリング用計測方法において、前記計測エリアマップは、あらかじめ知られている前記複数のセンサの取り付け位置座標と、あらかじめ知られている前記マスクあるいはウエハの同一点の位置座標とに基づいて作成されることを特徴とするレベリング用計測方法。
【請求項３】
請求項１あるいは２記載のレベリング用計測方法において、前記複数のセンサとして３個のセンサが、前記ステージにおける互いに離れた位置に設置されることを特徴とするレベリング用計測方法。
【請求項４】
露光装置においてマスクあるいはウエハを、少なくともＸ軸、Ｙ軸方向に可動のステージに平行になるようにレベリングを行うに際し、前記ステージを駆動してそこに設置された複数のレベリング用のセンサにより前記マスクあるいはウエハの同一点に対する距離を計測し、前記複数のセンサのセンサ信号から初期オフセット量を算出するためのレベリング用計測制御装置において、
該レベリング用計測制御装置は、あらかじめ定められた初期オフセット量計測アルゴリズムを実行する機能を有しており、
該初期オフセット量計測アルゴリズムは、
前記複数のセンサのそれぞれについて、前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするための計測エリアマップを作成するステップと、
前記計測エリアマップに基づいて前記ステージを駆動して、前記複数のセンサのそれぞれにより前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするステップと、
前記複数のセンサのそれぞれから得られる複数回スキャンによる複数のパターン計測情報を３次元情報として保持するステップと、
前記保持された前記複数のセンサによる前記３次元情報に対してパターンマッチング処理を行い、マッチングのとれたパターンから前記マスクあるいはウエハの同一点を推定するステップと、
推定された前記マスクあるいはウエハの同一点を用いて前記複数のセンサによる前記３次元情報をそれぞれ参照して前記複数のセンサの前記初期オフセット量を算出することを特徴とするレベリング用計測制御装置。
【請求項５】
請求項４記載のレベリング用計測制御装置において、前記計測エリアマップは、あらかじめ知られている前記複数のセンサの取り付け位置座標と、あらかじめ知られている前記マスクあるいはウエハの同一点の位置座標とに基づいて作成されることを特徴とするレベリング用計測制御装置。
【請求項６】
請求項４あるいは５記載のレベリング用計測制御装置において、前記複数のセンサとして３個のセンサが、前記ステージにおける互いに離れた位置に設置されることを特徴とするレベリング用計測制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置におけるマスクあるいはウエハのレベリング用計測方法及び計測制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置、例えばＸ線を用いた露光（リソグラフ）装置では、図５、図６に示すように、露光パターンを持つマスク４１と露光対象であるウエハ４２を３０μｍ程度のギャップＧ１を介して対向させ、マスク４１側からＸ線ビームを照射することで露光を行う。一方、マスク４１とウエハ４２の位置や姿勢を制御するためのアライメント装置では、マスク４１とウエハ４２とが平行（ギャップＧ１が一定）になるように制御を行う。ここで、ギャップＧ１を直接計測するのは困難であるため、一般的にはマスク４１とウエハ４２をそれぞれ、Ｘ−Ｙステージ４３の駆動面に平行となるように制御する方法がとられている。このような方法は、『マスクレベリング』、『ウエハレベリング』と呼ばれている。
【０００３】
以降ではマスクレベリングの場合について説明するが、ウエハレベリングも理論的には同じである。
【０００４】
マスク４１の位置／姿勢は、マスク４１上の３点をレーザ変位計や静電容量センサなどを用いてＸ−Ｙステージ４３からの距離を計測して求める。この場合、図７に示されるように、マスク４１に対して機械的制約があるなかでできるだけ広範なエリアにおいて計測を行うため（計測時間の短縮の目的もある）、３つの距離センサ４５、４６、４７を使用することがある。その場合、Ｘ−Ｙステージ４３を駆動して、３つの距離センサ４５、４６、４７により、あらかじめ定められているマスク４１上の同一場所（初期オフセット量計測点Ｐ１）に対する距離をそれぞれ計測し、各距離センサ４５〜４７の初期オフセット量の補正を行うのが普通である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、距離センサ４５〜４７の取りつけ位置の誤差等により同一場所での計測といいながらも数μｍ〜数１００μｍ程度位置がずれたところでの計測となってしまう場合がある。この場合、この計測場所のわずかなずれがレベリング精度（これはμｍオーダーの精度が要求される）へ悪影響を及ぼす。
【０００６】
特に、対象物であるマスク４１の表面形状に凹凸があり、たまたま勾配の大きい（もしくはピークを持つような）ところに初期オフセット量計測点Ｐ１が位置しているときなどは、誤差が含まれる可能性が大きくなってしまう。これを自動で検出／補正する方法はいまのところない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、露光装置におけるマスクやウエハのアライメント（位置決め）精度を向上させることのできるレベリング用計測方法を提供することにある。
【０００８】
具体的には、本発明は、アライメント処理に際して行われるマスク（ウエハ）レベリングと呼ばれる計測において３つのセンサを用いてマスク（ウエハ）の位置や姿勢を検出し、これらのセンサ信号の初期オフセット量を正確に合わせることでアラインメント精度の向上を図ることにある。
【０００９】
本発明の他の課題は、上記の計測方法に適したレベリング用計測制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレベリング用計測方法は、露光装置においてマスクあるいはウエハを、少なくともＸ軸、Ｙ軸方向に可動のステージに平行になるようにレベリングを行うに際し、前記ステージを駆動してそこに設置された複数のレベリング用のセンサにより前記マスクあるいはウエハの同一点に対する距離を計測し、前記複数のセンサのセンサ信号から初期オフセット量を算出するためのレベリング用計測方法において、前記複数のセンサのそれぞれについて、前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするための計測エリアマップを作成するステップと、前記計測エリアマップに基づいて前記ステージを駆動して、前記複数のセンサのそれぞれにより前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするステップと、前記複数のセンサのそれぞれから得られる複数回スキャンによる複数のパターン計測情報を３次元情報として保持するステップと、前記保持された前記複数のセンサによる前記３次元情報に対してパターンマッチング処理を行い、マッチングのとれたパターンから前記マスクあるいはウエハの同一点を推定するステップと、推定された前記マスクあるいはウエハの同一点を用いて前記複数のセンサによる前記３次元情報をそれぞれ参照して前記複数のセンサの前記初期オフセット量を算出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明によるレベリング用計測制御装置は、露光装置においてマスクあるいはウエハを、少なくともＸ軸、Ｙ軸方向に可動のステージに平行になるようにレベリングを行うに際し、前記ステージを駆動してそこに設置された複数のレベリング用のセンサにより前記マスクあるいはウエハの同一点に対する距離を計測し、前記複数のセンサのセンサ信号から初期オフセット量を算出するためのレベリング用計測制御装置において、該レベリング用計測制御装置は、あらかじめ定められた初期オフセット量計測アルゴリズムを実行する機能を有しており、該初期オフセット量計測アルゴリズムは、前記複数のセンサのそれぞれについて、前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするための計測エリアマップを作成するステップと、前記計測エリアマップに基づいて前記ステージを駆動して、前記複数のセンサのそれぞれにより前記マスクあるいはウエハの同一点の近傍を複数回スキャンするステップと、前記複数のセンサのそれぞれから得られる複数回スキャンによる複数のパターン計測情報を３次元情報として保持するステップと、前記保持された前記複数のセンサによる前記３次元情報に対してパターンマッチング処理を行い、マッチングのとれたパターンから前記マスクあるいはウエハの同一点を推定するステップと、推定された前記マスクあるいはウエハの同一点を用いて前記複数のセンサによる前記３次元情報をそれぞれ参照して前記複数のセンサの前記初期オフセット量を算出することを特徴とする。
【００１２】
いずれの発明においても、前記計測エリアマップは、あらかじめ知られている前記複数のセンサの取り付け位置座標と、あらかじめ知られている前記マスクあるいはウエハの同一点の位置座標とに基づいて作成される。
【００１３】
また、前記複数のセンサとしては３個のセンサが、前記ステージにおける互いに離れた位置に設置されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明によるレベリング用計測システムの構成を示し、前述したマスクレベリング、ウエハレベリングのいずれにも適用され得る。Ｘ−Ｙステージ４３上には互いに離れた位置に３つの距離センサ４５、４６、４７が取り付けられ、それぞれの距離センサ４５〜４７からのセンサ信号は計測装置１０へと取り込まれる。計測装置１０は、Ｘ−Ｙステージ駆動装置３０と接続され、所望の位置に各距離センサ４５〜４７を移動させることができるようにしている。本発明の特徴は、計測装置１０に、以下に説明するような初期オフセット量計測アルゴリズムを搭載した点にある。
【００１５】
図２に計測装置１０に搭載された初期オフセット量計測アルゴリズムを機能ブロック図で示す。はじめに、本発明を理解し易くするために、従来のレベリング用計測方法について簡単に説明する。ある１つの距離センサを初期オフセット量計測点Ｐ１（図７参照）に移動させるために、Ｘ−Ｙステージ駆動指令１３をセンサ取り付け位置座標１１と初期オフセット量計測点座標１２とから作成する。作成されたＸ−Ｙステージ駆動指令１３によりＸ−Ｙステージ４３が駆動されて、ある１つの距離センサが初期オフセット量計測点Ｐ１に移動される。そして、その時のセンサ信号１４を読み込む。このような処理を各距離センサについて行い、ある１つの距離センサのセンサ信号を基準として他の距離センサのセンサ信号から他の距離センサの初期オフセット量１５が求められる。なお、センサ取り付け位置座標１１と初期オフセット量計測点座標１２はいずれも既知である。
【００１６】
いずれにしても、この計測方法では、距離センサ４５〜４７の取りつけ位置に誤差があった場合、レベリング精度へ悪影響を及ぼすことは前に述べた通りである。
【００１７】
これに対し、本形態による初期オフセット量計測アルゴリズムは、計測エリアマップ１６、センサ信号の３次元情報１７、マッチング処理１８を有する点に特徴がある。
【００１８】
図２において、まずセンサ取り付け位置座標１１と初期オフセット量計測点座標１２から計測エリアマップ１６を作成する。これは、初期オフセット量計測点Ｐ１を含むその周辺の２次元平面上で距離計測を行うため、Ｘ−Ｙステージ４３を駆動する軌道（座標）を決めるものである。ここでは、図３に示されるように、各距離センサについて初期オフセット量計測点Ｐ１を含む近傍の駆動範囲領域を５回スキャンするような軌道（座標）が決められる。この駆動範囲は距離センサの計測スポット径や距離センサ取り付けなどの機械加工精度などから決定することができる。なお、図３のように、往復動作でスキャンを行う場合には、往路と復路でスキャンの方向が互いに異なる。この場合には、例えば復路におけるスキャンの始点と終点とを逆にして往路におけるスキャンと同じ信号パターンにするための処理が必要である。勿論、例えば往路のみでスキャンを行うようにすれば上記の処理は不要である。
【００１９】
次に、決められた座標に基づいてＸ−Ｙステージ駆動指令１３を算出しＸ−Ｙステージ４３を駆動する。その結果として得られる、５回のスキャンによる距離センサからの信号パターンをセンサ信号１４として保持しておくことでセンサ信号１４の３次元情報１７を作成する。
【００２０】
これらを３つの距離センサ４５〜４７のそれぞれについて行う。そして、それぞれのセンサ信号の３次元情報１７をもとに信号パターンのマッチング処理１８を施し、３つの距離センサ４５〜４７からの５つの信号パターンについてマッチングするものを抽出し、抽出した３つの信号パターンから同一点（初期オフセット量計測点Ｐ１）の推定を行う。
【００２１】
なお、マッチング処理１８のアルゴリズムは相関処理を行ったり、ピーク値（最大もしくは最小の値）を求めるような簡単なものでも良い。
【００２２】
最後に、推定された同一点におけるセンサ信号値を抽出し、１つのセンサ信号値を基準として他の距離センサの初期オフセット量１５を算出する。
【００２３】
図４に各距離センサ４５〜４７からのセンサ信号の３次元情報の例を示す。従来の方法では、初期オフセット量は１９ａ、１９ｂ、１９ｃの値をもとに算出することになってしまい、これはマスク４１の同一点Ｐ１を計測していないので算出された値には誤差を含むことになる。このようなオフセット量を使用してレベリング制御を行った場合、計測値には常にこの誤差が含まれることになる。
【００２４】
一方、本形態による初期オフセット量計測アルゴリズムでは、マッチング処理１８を施すことで、ここでは信号パターンの最大値を検出し、２０ａ、２０ｂ、２０ｃというマスク４１上の同一点を抽出するようにしている。これは、マスク４１の表面形状に凸があり、たまたまそのピークのところに初期オフセット量計測点Ｐ１が位置していることを意味する。
【００２５】
次に、抽出された点２０ａ、２０ｂ、２０ｃを持つ信号パターンからＺ軸方向（図４の縦軸）のレベルを距離として検出し、ある１つのレベルを基準とした場合の残りの２つのレベルとの差が初期オフセット量として算出される。これらの初期オフセット量は、この後に続くアライメント処理のためのアライメント装置に送られる。
【００２６】
アライメント装置では、送られてきた初期オフセット量が、マスク４１の表面状態や各距離センサ４５〜４７の設置位置ずれに起因する誤差を補正した値であるので、アライメント（位置決め）精度を向上させることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態をマスクレベリングの場合について説明したが、ウエハレベリングにも適用できることは言うまでも無い。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、各距離センサの初期オフセット量の計測を計測対象物（マスク／ウエハ）の同一場所で正確に行うことができるため、レベリングの精度の向上が図れる。これは、距離センサの取り付け精度が厳密に保証できない場合や、計測対象物の表面形状が粗いときなどのレベリングにおいて特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレベリング用計測システムの構成を示した図である。
【図２】図１に示された計測装置に搭載される初期オフセット量計測アルゴリズムの機能ブロック図である。
【図３】本発明において距離センサにより初期オフセット量計測点を含む近傍の駆動範囲領域をスキャンする動作を説明するための図である。
【図４】図１における３つの距離センサから得られるセンサ信号の３次元情報の例を示した図である。
【図５】Ｘ線露光装置の概要を説明するための図である。
【図６】図５のＸ線露光装置におけるマスクとウエハとＸ−Ｙステージの関係を示した図である。
【図７】３つの距離センサを用いてマスクの位置、姿勢を計測する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
４１    マスク
４２    ウエハ
４３    Ｘ−Ｙステージ
４５、４６、４７    距離センサ
Ｇ１    初期オフセット量計測点
１０    計測装置
１１  センサ取り付け位置座標
１２    初期オフセット量計測点座標
１３    Ｘ−Ｙステージ駆動指令
１４    センサ信号
１５    初期オフセット量
１６    計測エリアマップ
１７    センサ信号の３次元情報
１８    マッチング処理
３０    Ｘ−Ｙステージ駆動装置
【図１】
0003640012.tif 000002
【図２】
0003640012.tif 000003
【図３】
0003640012.tif 000004
【図４】
0003640012.tif 000005
【図５】
0003640012.tif 000006
【図６】
0003640012.tif 000007
【図７】
0003640012.tif 000008