(57)【要約】【課題】多数のアライメントヘッドのキャリブレーションを改良し、オーバレイ精度及び製品歩留まりを向上させる。【解決手段】多重ヘッドアライメントシステムにおいて主アライメントヘッドを用い副アライメントヘッドの位置較正をするためのキャリブレーション方法が開示される。このシステムは例えばウェーハ表面のマーカ測定に使用され、そのウェーハ内またはウェーハ上に回路を形成するリソグラフィ処理中に行われる。複数のオフセット測定が少なくとも１つの副アライメントヘッドのために行われ、それにより副アライメントヘッドの主アライメントヘッドに対するオフセットが測定され、以降のウェーハ測定演算での補正データとして使用される。【選択図】図１８
2011023725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の主アライメントヘッドを用い１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正する方法であって、
主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、
少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法。
【請求項２】
主アライメントヘッドは、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
主アライメントヘッドと各々の副アライメントヘッドとの双方によってすべてのアライメントマークが測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の測定が多数のアライメントヘッドにより並行して行われる、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
測定ステップは、各測定ヘッドがアライメントマーカに焦点を合わせることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ウェーハアライメント方法であって、リソグラフィ処理の準備として実行され、ウェーハは主アライメントヘッドを備える主アライメントシステムと１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムとを備えるアライメントシステムにより測定され、該方法は、
基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーションを実行することと、
主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行することと、
主アライメントヘッドに対し１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正することと、を含み、
主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、
少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、
主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法。
【請求項７】
主アライメントヘッドは、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複数の測定が多数のアライメントヘッドにより並行して行われる、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
測定ステップは、各測定ヘッドがアライメントマーカに焦点を合わせることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
アライメントマークを検出する主アライメントヘッド及びセンサを備える主アライメントシステムと、各々がアライメントマークを検出するセンサを備える１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムと、を備えるアライメントシステムと、
主アライメントヘッドがアライメントマークを測定する第１位置と、副アライメントヘッドがそれと同一のアライメントマークを測定する第２位置と、でアライメントシステムを移動させる機構と、
アライメントシステムの位置を測定するエンコーダと、
アライメントシステムのセンサからの測定結果と、アライメントシステムを移動させる機構からの位置情報と、を受け取り、該測定結果から、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットを演算する処理部と、を備えるキャリブレーション装置。
【請求項１１】
前記機構は、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、請求項１０に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１２】
アライメントマークを検出する主アライメントヘッド及びセンサを備える主アライメントシステムと、各々がアライメントマークを検出するセンサを備える１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムと、を備えるアライメントシステムと、
基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーション、及び主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行するよう測定位置間でアライメントシステムを移動させ、かつ主アライメントヘッドがアライメントマークを測定する第１位置と、副アライメントヘッドがそれと同一のアライメントマークを測定する第２位置と、でアライメントシステムを移動させる機構と、
アライメントシステムの位置を測定するエンコーダと、
アライメントシステムのセンサからの測定結果と、アライメントシステムを移動させる機構からの位置情報と、を受け取り、該測定結果から、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットを演算する処理部と、を備えるキャリブレーション装置を備えるリソグラフィ装置。
【請求項１３】
前記機構は、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、請求項１２に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１４】
複数の測定が多数のアライメントヘッドにより並行して行われる、請求項１２または１３に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１５】
前記のまたは各々のアライメントマーカに焦点を合わせる機構をさらに備える、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重ヘッドアライメントシステムにおけるアライメントヘッドの位置キャリブレーションに関し、特に、多重ヘッドアライメントシステムにおける複数の副アライメントヘッドの主アライメントヘッドとのロバストな位置キャリブレーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板の目標部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、ＩＣの個々の層に生成されるべき回路パターンを形成するために使用される。このパターンが基板（例えばシリコンウェーハ）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイからなる）目標部分に転写されることになる。パターンの転写は典型的には、基板に塗布された放射感応性材料（レジスト）層への結像により行われる。一般に一枚の基板には網状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各目標部分は照射を受ける。また、パターンを基板にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。
【０００３】
リソグラフィプロセスをモニタするためには、パターン形成された基板のパラメタを計測する必要がある。パラメタは例えば、基板内または基板上に形成された連続層間のオーバレイ誤差である。リソグラフィプロセスで形成された微視的構造の計測に用いられる技術はいろいろある。走査電子顕微鏡を使用してもよいし、各種の専用のツールを使用してもよい。専用の検査ツールの１つはスキャトロメータである。スキャトロメータにおいては放射ビームが基板表面上の目標へと向けられ、散乱または反射されたビームの特性が測定される。基板による反射前後または散乱前後のビーム特性を比較することにより、基板の特性が判定される。これは例えば、反射されたビームを、既知の基板特性に関連する既知の測定結果のライブラリに記憶されているデータと比較することにより行える。主に２種類のスキャトロメータが知られている。分光スキャトロメータは広帯域の放射ビームを基板上に向け、特定の狭い角度範囲に散乱された放射のスペクトル（波長の関数としての強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色の放射ビームを使用し、角度の関数としての散乱された放射の強度を測定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リソグラフィ装置による露光に先立って、ウェーハは計測されアライメントされなければならない。これは表面にパターンを正確に配置するためであり、例えば、連続するパターン層の間の正確なオーバレイを保証するためである。多数のアライメントセンサを設けることが知られている。例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号に記載されており本明細書に援用する。多数のアライメントヘッドが使用されいくつかのアライメントマークが並行して測定される。すなわち、同一の測定ステップの一部として２以上の測定が行われ、スループットが向上される。しかしながら、このアライメントヘッドシステムの多数のアライメントヘッドのキャリブレーションは難しくなっている。その理由は例えば、主アライメントヘッドに対する複数の副アライメントヘッドのキャリブレーションが、例えば欠陥マークまたは低い信号対ノイズ比によって不正確となり得るからである。したがって、多数のアライメントヘッドのキャリブレーションを改良し、オーバレイ精度及び製品歩留まりを向上させるための改良が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の第１の態様によれば、１つまたは複数の主アライメントヘッドを用い１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正する方法であって、主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、少なくとも１つの副アライメントヘッドはそのアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法が提供される。
【０００６】
本開示の第２の態様によれば、ウェーハアライメント方法であって、リソグラフィ処理の準備として実行され、ウェーハは主アライメントヘッドを備える主アライメントシステムと１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムとを備えるアライメントシステムにより測定され、該方法は、基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーションを実行することと、主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行することと、主アライメントヘッドに対し１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正することと、を含み、主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法が提供される。
【０００７】
本開示の第３の態様によれば、アライメントマークを検出する主アライメントヘッド及びセンサを備える主アライメントシステムと、各々がアライメントマークを検出するセンサを備える１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムと、を備えるアライメントシステムと、主アライメントヘッドがアライメントマークを測定する第１位置と、副アライメントヘッドがそれと同一のアライメントマークを測定する第２位置と、でアライメントシステムを移動させる機構と、アライメントシステムの位置を測定するエンコーダと、アライメントシステムのセンサからの測定結果と、アライメントシステムを移動させる機構からの位置情報と、を受け取り、該測定結果から、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットを演算する処理部と、を備えるキャリブレーション装置が提供される。
【０００８】
本開示の第４の態様によれば、アライメントマークを検出する主アライメントヘッド及びセンサを備える主アライメントシステムと、各々がアライメントマークを検出するセンサを備える１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムと、を備えるアライメントシステムと、基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーション、及び主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行するよう測定位置間でアライメントシステムを移動させ、かつ主アライメントヘッドがアライメントマークを測定する第１位置と、副アライメントヘッドがそれと同一のアライメントマークを測定する第２位置と、でアライメントシステムを移動させる機構と、アライメントシステムの位置を測定するエンコーダと、アライメントシステムのセンサからの測定結果と、アライメントシステムを移動させる機構からの位置情報と、を受け取り、該測定結果から、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットを演算する処理部と、を備えるキャリブレーション装置を備えるリソグラフィ装置が提供される。
【０００９】
本開示の第５の態様によれば、１つまたは複数の主アライメントヘッドを用い１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正する方法であって、主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法を実行するための命令を、コンピュータに実行させるときに、与えるコンピュータプログラム製品が提供される。
【００１０】
本開示の第６の態様によれば、ウェーハアライメント方法であって、リソグラフィ処理の準備として実行され、ウェーハは主アライメントヘッドを備える主アライメントシステムと１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムとを備えるアライメントシステムにより測定され、該方法は、基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーションを実行することと、主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行することと、主アライメントヘッドに対し１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正することと、を含み、主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法を実行するための命令を、コンピュータに実行させるときに、与えるコンピュータプログラム製品が提供される。
【００１１】
本発明の実施形態が付属の図面を参照して以下に説明されるがこれらは例示に過ぎない。この説明に用いられる参照符号は各図面において対応する部分を指し示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】リソグラフィ装置を示す図である。
【図２】リソグラフィセルまたはクラスタを示す図である。
【図３】第１のスキャトロメータを示す図である。
【図４】第２のスキャトロメータを示す図である。
【図５】ステージユニットの第１の例を示す図である。
【図６】ステージユニットの第２の例を示す図である。
【図７】回折格子がメトロロジフレームに設けられ、センサがウェーハステージに設けられるエンコーダシステムの第１の例を示す図である。
【図８】回折格子がウェーハステージに設けられ、センサがメトロロジフレームに設けられるエンコーダシステムの第２の例を示す図である。
【図９】多重アライメントヘッドシステムの概略平面図である。
【図１０】エンコーダシステムに取り付けられた図９の多重ヘッドアライメントシステムを示す図である。
【図１１】アライメント動作における初期位置を示す図である。
【図１２】アライメント動作における次の工程を示す図である。
【図１３】非平坦面に対するアライメントヘッドの焦点深度を示す図である。
【図１４】主アライメントシステムキャリブレーション処理の第１工程を示す図である。
【図１５】主アライメントシステムキャリブレーション処理の第２工程を示す図である。
【図１６】副アライメントシステムキャリブレーション処理の第１工程を示す図である。
【図１７】副アライメントシステムキャリブレーション処理の第２工程を示す図である。
【図１８】副アライメントヘッドキャリブレーション処理の一実施例において行われる一連の工程を示す図である。
【図１９】図１８に示す副アライメントヘッドキャリブレーション処理の一実施例において行われる一連の工程でなされた測定結果を示す図である。
【図２０】副アライメントヘッドキャリブレーション処理の一実施例においてなされた一連の測定結果を示す図であり、この測定結果は図１９の工程とともに追加の工程を含み、５つのアライメントヘッド及び５つのアライメントマークを備えるアライメントシステムでなし得るすべての工程を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、リソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、下記の要素を含む。
【００１４】
−放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＤＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明系（イルミネータ）ＩＬ。
【００１５】
−パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、いくつかのパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成されている第１の位置決め装置ＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ。
【００１６】
−基板（例えばレジストでコーティングされたウェーハ）Ｗを保持するよう構成され、各種センサを備える測定テーブルを含んでいてもよい少なくとも１つの基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴを備えるステージユニット１００。ステージユニットは、基板テーブル及び／または測定テーブルを移動させ制御するための各種の構成要素も備える（図１は、基板テーブルＷＴに保持されている基板をいくつかのパラメータに従って正確に位置決めするよう構成されている第２の位置決め装置ＰＷを示す）。以下の説明では、「ステージ」及び「テーブル」なる用語は、特定の文脈がそれと異なることを要求しない限りは、概して交換可能に使用される。この装置はさらに下記の要素を含む。
【００１７】
−パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＬ。
【００１８】
照明系は、放射の方向や形状の調整またはその他の制御用に、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子または他の各種光学部品を含んでもよく、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００１９】
支持構造は、パターニングデバイスを支持する。すなわち支持構造は、パターニングデバイスの荷重を支える。支持構造は、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。支持構造においてはパターニングデバイスを保持するために、機械的固定、真空固定、静電固定、または他の固定用技術が用いられる。支持構造は例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。支持構造は、パターニングデバイスを例えば投影系に対して所望の位置に位置決めできるようにしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。
【００２０】
本明細書では「パターニングデバイス」という用語は、例えば基板の目標部分にパターンを形成すべく放射ビームの断面にパターンを付与するために使用され得るいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に対応していなくてもよい。このような場合には例えば、放射ビームのパターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合がある。一般には、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。
【００２１】
パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。
【００２２】
本明細書では「投影系」という用語は、使用される露光放射あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影系」と同義に用いられ得る。
【００２３】
ここに説明されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイや反射型マスクなどを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。
【００２４】
リソグラフィ装置ＬＡの一部として設けられたステージユニット１００は、各種の異なる構成をもつことができる。１つの構成においては、リソグラフィ装置は１つの基板テーブルＷＴと１つの測定テーブルとを有する形式であってもよい。代替実施例においては、リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブル（及び／または２つ以上のマスクテーブル）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。
【００２５】
リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が液体で覆われるものであってもよい。この液体は比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体であり、投影系と基板との間の空隙を満たす。液浸露光用の液体は、例えばマスクと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光の際に投影系と基板との間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。
【００２６】
図１に示すようにイルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系と総称される。
【００２７】
イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。
【００２８】
放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは投影系ＰＬに進入する。投影系ＰＬはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに投影する。第２の位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、２−Ｄエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路に異なる目標部分Ｃを順次位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決め装置ＰＭと他の位置センサ（図１には明示せず）とにより放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械的交換後や露光走査中に行われる。一般にマスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を構成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。同様に基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を構成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールにより実現される。ステッパでは（スキャナとは逆に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用の目標部分を占拠しているが、アライメントマークは目標部分間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合にはマスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００２９】
図示の装置は例えば次のうちの少なくとも１つのモードで使用され得る。
【００３０】
１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射（すなわち単一静的露光）で目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる。そして基板テーブルがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写される目標部分Ｃのサイズを制限することになる。
【００３１】
２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間（すなわち単一動的露光の間）、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＬの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、スキャン移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。
【００３２】
３．別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴがプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームＰＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴが移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの毎回の移動後、または走査中の連続放射パルス間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のプログラマブルミラーアレイ等のプログラム可能パターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００３３】
上記で記載したモードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別のモードでリソグラフィ装置を使用してもよい。
【００３４】
図２に示すとおり、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣの一部を形成する。リソグラフィセルＬＣはリソセルまたはクラスタと呼ばれることもあり、基板に対する露光前および露光後の処理を行う装置を含む。従来、これらの装置には、レジスト層を成膜するためのスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、チルプレートＣＨおよびベークプレートＢＫが含まれる。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、入／出ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、上述のさまざまな処理装置の間でこれらを移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送り届ける。これらのデバイスは、よくトラックと総称されるもので、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。このトラック制御ユニットＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳによって制御されており、この監視制御システムＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを通じてリソグラフィ装置も制御している。そのため、上述のさまざまな装置をスループットおよび処理効率を最大化するよう動作させることができる。
【００３５】
リソグラフィ装置により露光される基板が正確にかつ一貫性をもって露光されるには、露光済基板を検査して、連続する層と層との間のオーバレイ誤差や、ライン厚さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）などの特性を計測することが望ましい。誤差が検出された場合には、特に検査が十分に即時にかつ高速に実行可能であり同一バッチの他の基板がまだ露光されている場合には、以降の基板の露光に調整が施される。また、露光済基板は歩留まりを上げるために表面を剥がして再処理するか、あるいは廃棄されてもよい。そうすることにより、欠陥があると既知である露光を基板に行うのを避ける。１枚の基板のうちいくつかの目標部分にのみ欠陥がある場合には、良である目標部分にのみ更なる露光が実行されることができる。
【００３６】
検査装置が基板の特性を決定するために使用される。特に、異なる基板間での特性、または同一基板の異なる層と層とでどのように特性が異なるかを決定するために使用される。検査装置はリソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣに一体化されていてもよいし、スタンドアローン型のデバイスであってもよい。最速の計測を可能とするには、露光されたレジスト層における特性を検査装置が露光直後に計測することが望ましい。しかし、レジストの潜像のコントラストは非常に低く、すなわち放射に露光されたレジスト部分と露光されていない部分との間の屈折率には非常に微小な違いがあるにすぎず、あらゆる検査装置が潜像から有用な計測結果を得るのに十分な感度をもつわけではない。よって、計測は露光後ベーク工程（ＰＥＢ）後に実行してもよい。この工程は通例、露光済基板に実行される最初の処理であり、レジストの露光部分と非露光部分とのコントラストを大きくする。この段階で、レジストにおける像は半潜像とも呼ばれる。現像されたレジスト像（このときレジストの露光部分または非露光部分は除去されている）の計測、またはエッチング等のパターン転写工程後の計測も可能である。後者は欠陥基板への再処理の可能性を制限しうるが、なお有用な情報を提供しうる。
【００３７】
図３は、本発明に使用しうるスキャトロメータを示す。スキャトロメータは、基板Ｗに放射を投影する広帯域（白色光）放射プロジェクタ２を備える。反射された放射は、正反射された放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定するスペクトロメータディテクタ４に送られる。このデータから、検出されたスペクトルを生じた構造またはプロファイルが処理ユニットＰＵによって再構成されうる。例えば厳密結合波解析（Rigorous Coupled Wave Analysis）および非線形回帰によって、または、図３の下部に示すようなシミュレーションされたスペクトルのライブラリとの比較によって再構成することができる。再構成のためには一般に、構造のおおまかな形は既知であり、いくつかのパラメタはその構造が作られた工程の知識から仮定され、残されたその構造の２、３のパラメタのみがスキャトロメトリデータから決定される。この種のスキャトロメータは、垂直入射スキャトロメータまたは斜め入射スキャトロメータとして構成されていてもよい。
【００３８】
本発明に使用しうる他のスキャトロメータを図４に示す。このデバイスにおいては、放射源２から発せられた放射は、レンズ系１２を使用して干渉フィルタ１３及び偏光子１７を通して集束され、部分反射面１６により反射され、微小対物レンズ１５を介して基板Ｗ上に集束される。反射された放射は部分反射面１６を通じて、散乱スペクトルを検出させるためにディテクタ１８に送られる。このディテクタは、レンズ系１５の焦点距離の位置にある、後面投影された瞳面１１に配置され得る。それに代えて、この瞳面は補助的な光学素子を使用して再結像されてもよい。瞳面は、放射の半径方向の位置が入射角を定義し、角度位置がアジマス角を定義する面である。ディテクタは好ましくは、基板目標３０の二次元角度散乱スペクトルを測定可能であるよう二次元のディテクタである。ディテクタ１８は例えば、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサのアレイであってもよく、１フレームにつき例えば４０ミリ秒の積分時間を用いてもよい。
【００３９】
しばしば基準ビームが例えば入射放射の強度を測定するために使用される。これを行うために、放射ビームがビームスプリッタ１６に入射するときにその放射ビームの一部がビームスプリッタを通じて基準ビームとして基準ミラー１４に向けて送られる。この基準ビームはその後、同じディテクタ１８の異なる部位に投影される。
【００４０】
複数の干渉フィルタ１３のセットは、興味ある波長を例えば４０５ｎｍ乃至７９０ｎｍまたはそれよりも低い２００ｎｍ乃至３００ｎｍといった範囲に選択するために使用することができる。干渉フィルタは、異なる複数フィルタからなるセットを備えるのではなく、調節可能なものとしてよい。干渉フィルタの代わりにグレーティングを使用することもできる。
【００４１】
ディテクタ１８は散乱光の強度を単一波長で（または比較的狭い波長域で）計測してもよい。強度は多数の波長で別個に計測されてもよいし、ある波長域で積分されてもよい。更に、ディテクタは、ＴＭ偏光の強度、ＴＥ偏光の強度、及び／またはＴＭ偏光とＴＥ偏光の間の位相差を別個に測定してもよい。
【００４２】
広帯域の光源（すなわち、広範囲の光周波数または波長を有するもの、よって複数の色を持つもの）の使用が可能であり、これにより大きな減衰がもたらされ、複数の波長の混合が可能となる。広帯域における複数の波長はそれぞれがΔλの帯域幅をもち、少なくとも２Δλ（すなわち、帯域幅の２倍）の間隔を有することが好ましい。放射のいくつかの「ソース」は、拡張された放射ソースの、ファイバー束を使用して分割されたそれぞれの箇所であってよい。このように、角度分解散乱スペクトルは複数の波長で並行して測定することができる。２−Ｄスペクトルよりも多い情報を含む３−Ｄスペクトル（波長および２つの異なる角度）を測定することも可能である。これにより、より多くの情報を測定することが可能となり、メトロロジー処理のロバスト性が増すことになる。これについてはＥＰ１，６２８，１６４Ａに詳細が記載されている。
【００４３】
基板Ｗの目標３０がグレーティングであってもよい。グレーティングは、現像後にバーがレジストの実線から形成されるようにプリントされている。あるいはバーをエッチングにより基板に形成してもよい。このパターンは、リソグラフィ投影装置特に投影系ＰＬにおける色収差、及び照明の対称性の影響を受けやすく、そのような収差の存在がプリントされたグレーティングの変化に表れる。したがって、プリントされたグレーティングのスキャトロメトリデータを使用してグレーティングが再構成される。プリント工程および／またはその他のスキャトロメトリ処理の知識から、ライン幅および形状といったグレーティングのパラメタを、処理ユニットＰＵによって実行される再構成処理に入力することができる。
【００４４】
上述のように、基板の露光前にはアライメント及び基板のその他の特性が決定される必要がある。よって、アライメント動作を含む計測処理が露光処理の実行前に実行される必要がある。計測処理は、基板アライメントについての情報を取得し、かつ基板に形成されるパターンの連続する複数層での正確なオーバレイを保証するために不可欠である。典型的に半導体デバイスは１０層または１００層にもなるパターン層をもち、これらが高精度に重ね合わされていなければならない。さもなければデバイスは正常に機能し得ない。
【００４５】
図５は、ステージユニット１００の第１の例を示す。本図及びその他の図においてｘ方向及びｙ方向との表記はそれぞれ基板面または基板テーブル面すなわち水平面における直交軸を概して意味する。ｚ方向との表記はｘ軸及びｙ軸に垂直な軸の方向すなわち鉛直方向を意味する。ｚ方向は「高さ」と呼ぶこともある。しかしながらある１つの軸を「ｘ」「ｙ」「ｚ」と表すのは本質的に任意であると理解されたい。本図面は各々において特定の軸を「ｘ」「ｙ」「ｚ」と表すことにより読者に案内を与えるにすぎない。
【００４６】
ステージユニット１００は、第１基板テーブルＷＴ１と、第２基板テーブルＷＴ２と、を備える。双方の基板テーブルは、基板、典型的にはウェーハを受け取って支持するのに適する。使用時には一方の基板テーブルが投影系ＰＬの下方に位置決めされて露光が実行される。それと同時に他方の基板テーブルは各種のセンサ要素に対し位置決めされ、その基板テーブルに運ばれる基板の計測が実行される。
【００４７】
図５の実施例においては、基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２を移動させ制御するための構成要素は、レール５０２に沿ってｙ軸にスライドするよう配設されているＹスライダ５００と、レール５０６に沿ってＸ軸にスライドするよう配設されているＸスライダ５０４と、を有するモータを備える。こうしてＸ軸及びＹ軸のウェーハテーブルの位置が変更可能である。このレール５０２、５０６の形状により、この種の構成をＨ型駆動モータまたはＨ型駆動機構と呼ぶ。このＨ型駆動機構の代替は、モータがウェーハテーブルを直接駆動する平面モータを使用することである。図６は、別個のウェーハステージ６００と計測ステージ６０２とを備えるステージユニット１００の第２の例を示す。ステージユニット１００にはＹ軸固定子６０４、６０６が設けられており、ウェーハステージ６００はＹ軸可動子６０８、６１０によりＹ軸に沿って移動可能であり、計測ステージ６０２はＹ軸可動子６１２、６１４によりＹ軸に沿って移動可能である。Ｙ軸固定子６０４、６０６はＹ軸可動子６０８、６１０と組み合わせて、ウェーハステージ６００を移動させるためのＹ軸リニアモータを形成し、Ｙ軸固定子６０４、６０６はＹ軸可動子６１２、６１４と組み合わせて、計測ステージ６０２をＹ方向に駆動するためのＹ軸リニアモータを形成する。一実施例においては固定子６０４、６０６は、Ｙ軸方向に沿って交互に配置されるＮ極とＳ極とを含む複数の永久磁石を備える磁極ユニットから成っていてもよい。可動子６０８、６１０、６１２、６１４はそれぞれ、予め定められた間隔でＹ軸方向に沿って配置された複数のアーマチュアコイルを組み込んだアーマチュアユニットを備えてもよい。これは可動コイル型Ｙ軸リニアモータと呼ばれる。
【００４８】
ウェーハステージ６００及び計測ステージ６０２はそれぞれＸ軸固定子６１６、６１８上に位置決めされている。Ｘ軸固定子６１６、６１８は例えば、予め定められた間隔でＸ軸方向に沿って配置された複数のアーマチュアコイルを組み込んだアーマチュアユニットを備えてもよい。ウェーハステージ６００及び計測ステージ６０２における開口部は、Ｎ極及びＳ極の組を交互に並べて成る複数の永久磁石を備える磁極ユニットを備えてもよい。磁極ユニット及び固定子は、図示のＸ方向に沿ってウェーハステージ６００を駆動するために設けられた可動磁石型Ｘ軸リニアモータ、及び図示のＸ方向に沿って計測ステージ６０２を駆動するために設けられた同様の第２の可動磁石型Ｘ軸リニアモータを構成する。
【００４９】
したがって、Ｙ軸リニアモータ及びＸ軸リニアモータは、ウェーハステージ６００及び計測ステージ６０２を移動させ制御するための構成要素を形成する。ウェーハステージの位置を決定するための機構については後述するが、図６において干渉計６２０、６２２、６２４、６２６は各ステージのＸ位置及びＹ位置の測定のために設けられている。干渉計からのビーム（破線で図示する）は、各ステージ６００、６０２の研磨されたミラー面（これらの面は図示のＺ方向すなわち紙面から出る方向に延びている）で反射され、反射ビームの所要時間がＸ軸またはＹ軸のステージ位置の測定結果として使用される。
【００５０】
干渉計を使用するウェーハステージの制御精度は、干渉計ビームの比較的長い光路における空気変動によって制限される。干渉計の代替は、ウェーハステージ位置を決定するためのエンコーダを使用することである。
【００５１】
リソグラフィ装置が干渉計システムとともにエンコーダシステムを備えることはよく行われている。ここでのエンコーダシステムは一般にＸ軸及びＹ軸のステージ位置を測定するために使用される主システムであり、干渉計システムはエンコーダシステムの試験中または較正中に使用するために設けられているか、あるいはエンコーダシステムを使用し得ない状況が生じたときのバックアップの位置検出システムとして設けられている（例えば図６のシステムにおいてはウェーハ交換のためのアンローディング位置近傍またはローディング位置近傍でのウェーハステージ６００のＹ位置を測定するために、更にはローディング動作とアライメント動作との間の時点において及び／または露光動作とアンローディング動作との間の時点においての測定のために、Ｙ軸干渉計が使用される必要がある。）。
【００５２】
エンコーダシステムは例えば、センサ要素と回折格子とを備えてもよい。センサ要素は、回折格子から反射された放射または回折格子を通じて伝播した放射を検出するよう構成されている。また、センサ要素は、エンコードされた値により表される位置を演算するためのコンピュータに当該センサから送信される周期パターンを検出するよう構成されている。
【００５３】
図７は、回折格子７００がメトロロジフレーム７０２に設けられ、センサ７０４がウェーハＷを保持するウェーハステージＷＴ１に設けられている一実施例を示す。この実施例においてはメトロロジフレーム７０２は投影ユニットＰＬに固定されて取り付けられている。
【００５４】
図８は、ウェーハＷを保持するウェーハステージＷＴ１に回折格子が設けられ、センサ要素８０４がメトロロジフレーム８０２に設けられている代替実施例を示す。この実施例でもメトロロジフレーム８０２は投影ユニットＰＬに固定されて取り付けられている。
【００５５】
計測ステージにおける主要な作業の１つはウェーハのアライメント計測である。アライメントシステムの一例が図９に示されている。このアライメントシステムは多数のアライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４を含む。アライメントヘッドの数及び配置はこれと異なっていてもよい。図９に概要を示すアライメントヘッドは、ウェーハステージ９００の上に位置する。ウェーハステージ９００は例えば、既出の図面に示されるウェーハステージ６００、ＷＴ１、またはＷＴ２であってもよいし、例えばその他のウェーハステージであってもよい。
【００５６】
図示のウェーハステージ９００はウェーハ９０２を保持している。この例では５つのアライメントヘッドが設けられている。中央のアライメントヘッドＡＬ１は主アライメントシステムの一部を構成する。そこで「主アライメントヘッド」と呼ぶ。一方、外側の複数のアライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は副アライメントシステムの一部を構成する。そこで「副アライメントヘッド」と呼ぶ。図９には、レベリングセンサ９０６、放射源９０８、放射ディテクタ９１０も示されており、これらについては後述する。
【００５７】
各アライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は、アライメントマークを検出するよう設計されているセンサ要素を備える。アライメントマークは、ウェーハ上またはウェーハステージ上、または適用可能な場合には計測ステージ上に設けられる。アライメントマークは例えば、ウェーハ上のある位置に特別にプリントされたフィーチャであってもよく、例えばアライメントマークは、ウェーハのダイ要素の連続する行及び／または列の間に延びるスクライブラインにプリントされていてもよい。また、ウェーハに形成されたパターンのフィーチャがアライメントマークとして使用されてもよいし、ウェーハのダイ要素内にプリントされた特定のアライメントマークが使用されてもよい。
【００５８】
アライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は、図１０に示すように、エンコーダセンサを含むメトロロジフレームに取り付けられていてもよい。本図において主アライメントヘッドＡＬ１は第１Ｙエンコーダ１０００の下側の表面に固定されている。本装置はさらに、第２Ｙエンコーダ１００２、第１Ｘエンコーダ１００４、第２Ｘエンコーダ１００６を備える。第１Ｙエンコーダ及び第２Ｙエンコーダは単一の構成要素として設けられていてもよく、第１Ｘエンコーダ及び第２Ｘエンコーダもまた単一の構成要素として設けられていてもよい。
【００５９】
図１０に示されるエンコーダはいずれも投影ユニットＰＬに対し固定されて取り付けられている。これは図８に示す実施例に相当する。すなわち各エンコーダセンサはセンサ８０４に相当し、ウェーハテーブルに設けられている回折格子に関し位置を検出するよう位置決めされている。代替例としてセンサがウェーハテーブルに設けられ、メトロロジフレームに設けられた回折格子を見上げるようにしてもよい。
【００６０】
副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４はＸ方向に移動可能である。一実施例においては各副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は、回転中心まわりに予め定められた角度範囲を時計回りまたは反時計回りに回動可能であるアームの回動端に固定されている（回転中心１００８、アーム１０１０）。副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４のＸ軸位置は、Ｘ方向について前後に副アライメントヘッドを駆動する駆動機構によって調整可能であってもよい。副アライメントヘッドはＹ方向に駆動されることが可能であってもよい。
【００６１】
副アライメントヘッドのアームが所与の位置まで移動されると、固定機構がアームを適所に保持するよう選択的に動作可能となる。固定機構は、差動型エアベアリングから成る真空パッドを備え、アームの回転調整完了後に吸引によりアーム１０１０をメインフレームに固定するよう駆動される。その他の固定機構が使用されてもよく、例えば、メインフレームアームの一部が磁性体として形成され電磁石が使用されてもよい。
【００６２】
アライメントヘッドに使用されるイメージセンサは例えば、フィールドイメージアライメントシステムまたはその他の適切なイメージセンサを備えてもよい。フィールドイメージアライメントシステムは、ウェーハ上のレジストを露光しない広帯域の検出ビームを対象のアライメントマークに照射し、対象マークからの反射光により受光面に形成された対象マーク像と指標となる像とを取得する。この指標は各アライメントヘッド内に設けられた指標プレート上の指標パターンであってもよい。一般には、コヒーレントな検出光を対象マークに照射して対象マークで生成された散乱光または回折光を検出するか、あるいは対象マークで生成された２つの回折光を干渉させて干渉光を検出するアライメントセンサであればいかなるアライメントセンサでも使用可能である。
【００６３】
図９及び図１０に示すアライメントシステムは５つのアライメントヘッドを備えるが、これとは異なる数のアライメントヘッドが使用されてもよく、偶数または奇数のいずれであってもよいことに留意すべきである。
【００６４】
図９及び図１０に示すアライメントヘッド及びエンコーダの実施例を使用するアライメント動作を説明する。他の既述の実施例を使用して同様のアライメント動作を行うことも可能であると理解されたい。アライメント処理においては、図１１に示されるように、ウェーハテーブルは初期位置に位置決めされる。この例ではアライメントヘッドのうち３つ、すなわち主アライメントヘッドＡＬ１及びそのすぐ隣の２つのＡＬ２２、ＡＬ２３がウェーハのアライメントマークを検出する。アライメントマークを検出しない範囲外のアライメントヘッドは好ましい一実施例ではスイッチオフとされる。しかし、これらは他の目的で必要とされる場合にはスイッチオンとされていてもよい。塗りつぶしにより示すのが、動作可能なアライメントヘッドである。
【００６５】
ウェーハステージはこの初期の検出位置から第２の検出位置へと移動される。第２の検出位置で、いくつかのアライメントヘッドがウェーハ上の対応するアライメントマークの計測を実行する。多数のアライメントヘッドが各々の位置で多数のアライメントマークを検出することで、いくつかの測定位置がＹ軸に沿って定義される。
【００６６】
図１２は、更なるアライメント検出位置、いわゆる「下流」のアライメント検出位置を示す。この位置では５つのアライメントヘッドがいずれも機能している（すなわち、図１２ではすべてのアライメントヘッドが塗りつぶされている）。何箇所のアライメント検出位置が適切に選択されてもよいと理解されたい。検出位置を増やせばシステムの精度を向上することができるが、アライメント処理の所要時間は増える。例えば、ウェーハ上でＸ軸に連続的な列をなす１６のアライメントマークが定義されており、それは３つ、５つ、５つ、３つのアライメントマークを含み、それぞれが４つの異なるアライメント位置で３つ、５つ、５つ、３つのアライメントヘッドを使用して検出されてもよい。アライメントマークの列数は５つより少なくても多くてもよく、数百に達していてもよい。
【００６７】
多数のアライメントヘッドにより行われる計測は可能であれば同時に実行される。しかし、ウェーハ表面に沿って高さが異なる場合にはレベリング処理が通常行われる。これは、更なるエンコーダシステムによる制御のもとでウェーハステージをＺ軸に上下に動かして実行され得る。その代替手段を後述する。ｚレベリングセンサ９０６、９０８、９１０が設けられている。このセンサは、焦点検出技術を使用して、予め定められたレベリングセンサの焦点面にウェーハが一致するときを決定する。一実施例においてはウェーハステージのＸ軸位置が、ウェーハテーブルＷＴＢの中心線上に主アライメントシステムＡＬ１が配置されかつ主アライメントシステムＡＬ１がウェーハの子午線上にあるアライメントマークを検出するように設定される。
【００６８】
アライメントセンサＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４からのデータはコンピュータによって、ある座標系におけるウェーハ上のすべてのアライメントマークの配列を計算するために使用される。この座標系は公知の手法による統計的演算を実行することによりｘエンコーダ及びｙエンコーダの測定軸及び高さ測定結果により設定される。統計的演算には、アライメントマークの検出結果、それに相当するエンコーダの測定値、更には主アライメントシステム及び副アライメントシステムのベースラインのキャリブレーションが使用される。これについては以下で詳しく述べる。
【００６９】
上記の実施例ではウェーハステージがＹ方向に移動され、Ｘ方向にウェーハを移動することなくマーク計測が行われる。しかし、図示のアライメントシステムはアライメントマーク配列の計算のために付加的な計測結果を収集するためにＸ方向に移動可能であってもよいものと理解されたい。その付加的な計測は例えば、計測されるべきウェーハが大きい場合や、使用するアライメントヘッドが少数の場合、あるいは短いＸ軸範囲にアライメントヘッドが密集している場合に行われてもよい。
【００７０】
ウェーハ表面は平面ではなく、いくらかの凹凸がある。例えば製造上の公差によるものもあるし、表面に形成されたパターンによりもたらされた凹凸もある。これは、少なくとも１つのアライメントヘッドが焦点外でアライメントマークを検出する相当の可能性があるということである。図１３はこの一例を誇張して示す。中央の３つのアライメントヘッドＡＬ２２、ＡＬ１、ＡＬ２３が非平坦ウェーハ９０２の表面に関して焦点が外れている。
【００７１】
ウェーハテーブルの相対Ｚ軸位置を変えることにより焦点が合った状態で各アライメントヘッドの計測を行うことが可能であるが、必要とされるＺ軸移動はそれぞれ追加の工程となりアライメントの所要時間も追加される。また、アライメントシステムの光軸は、ウェーハ表面の角度的な非平坦性と副アライメントシステムのアームの角度変位（アームが回転可能である実施例の場合）との組合せにより常にＺ軸に一致するわけではないが、前もってアライメントヘッドの光軸のＺ軸に対する傾斜を測定し、アライメントマークの位置検出結果をその測定結果に基づいて補正することは可能である。
【００７２】
ところでアライメント処理が行われる前に、アライメントシステムのベースラインのキャリブレーションが、正確にシステムが較正されていることを保証するために実行されなければならない。以下に主アライメントシステムのベースラインキャリブレーションを説明する。
【００７３】
まず、固定された主アライメントヘッドに対してウェーハが整列される。ウェーハステージは、ウェーハステージ位置の計測結果に基準点を与えるためのフィデューシャルマークを有する。フィデューシャルマークは好ましくは、そのフィデューシャルマークに入射する放射を検出する結像システムに対し固定された位置関係で設けられている。この主ベースラインキャリブレーション中に、固定された主アライメントヘッドＡＬ１に対してレチクルが整列される。
【００７４】
この主ベースラインキャリブレーションの第１段階においては、アライメントヘッドＡＬ１がウェーハステージのフィデューシャルマークの上方に位置決めされ、ＸＹ位置の測定結果が記録される。これを図１４に示す。
【００７５】
そして基板テーブルは（図示のＹ方向に沿って）第２位置へ移動される。図１５に示すように、第２位置においてはフィデューシャルマークは投影光学系ＰＬの直下に位置しており、レチクル上の既知の点（レチクルアライメントマークにより定義される）がフィデューシャルマークに投影されフィデューシャルマークと協働するイメージセンサにより検出される。この投影像の位置もまた記録され、２つの記録された位置の相対的な差が、固定されたアライメントヘッドＡＬ１のレチクルに対するアライメントを計算するために使用される。これは主ベースラインキャリブレーションとして知られている。
【００７６】
主ベースラインキャリブレーションに続いて副ベースラインキャリブレーションが、固定された主アライメントヘッドＡＬ１に対する副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４の相対位置を計算するために実行される。この副ベースラインキャリブレーションは、処理されるべきウェーハのロットごとにその開始時に実行される必要がある。
【００７７】
一例においては、ウェーハは５つのアライメントマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５をある特定の列に有する。これらアライメントマークの１つ、例えばＭ３が主アライメントヘッドＡＬ１で測定される。これを図１６に示す（機能しているアライメントヘッドを同様に塗りつぶしを用いて示す。この場合主アライメントヘッドＡＬ１のみである）。その後ウェーハステージがＸ方向に既知の量だけ移動され、同一のウェーハアライメントマークＭ３が副アライメントヘッドの１つで測定される。図１７は同一マークの副アライメントヘッドＡＬ２１での測定を示す。
【００７８】
測定されたＸＹ位置はメモリに記憶され、ウェーハステージの既知移動距離を加えたマークＭ３のＡＬ１でのＸＹ検出位置と比較される。こうして主アライメントヘッドＡＬ１に対する副アライメントヘッドＡＬ２１のベースライン位置が計算される。
【００７９】
ウェーハステージはＸ方向に移動され、同一のウェーハアライメントマークＭ３が隣の副アライメントヘッドＡＬ２２で測定される。同様にして副アライメントヘッドＡＬ２２のＸＹ位置が主アライメントヘッドＡＬ１に対して較正される。残りの副アライメントヘッドＡＬ３、ＡＬ４についてもこれが繰り返される。
【００８０】
アライメントシステム間の検出オフセットの違いは、以降のデータ処理において補正されることができる。
【００８１】
副ベースラインキャリブレーションは、ウェーハのアライメントマーク以外の基準点、例えばウェーハステージまたは計測ステージのアライメントマークに基づいて行うことも可能である。
【００８２】
アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４と同一の位置関係で複数のデータムマークを設け、各副アライメントヘッドがそれぞれ専用のデータムポイントを並行して測定することも可能である。データムポイントはフィデューシャルマークに対し既知の位置関係を持つ。これにより、主アライメントヘッドに対する各副アライメントヘッドの位置情報のキャリブレーションは、取得された測定結果に基づいて演算可能である。
【００８３】
第１の方法の変形例においては、複数のアライメントマークが複数の副アライメントヘッドにより並行して測定されてもよい。つまり、同一の測定工程の一部として２以上の測定が行われる。ウェーハが（例えばＸ方向に）移動され、主アライメントヘッドが副アライメントヘッドの１つにより既に測定されたアライメントマークを測定するために使用される。副アライメントヘッドの測定ＸＹ位置、及びそれと同一マークの主アライメントヘッドの測定ＸＹ位置、更にはウェーハ移動によりもたらされた既知のオフセットを使用して、副アライメントヘッドのベースラインが算出される。この処理が各アライメントマークに繰り返されて、各副アライメントヘッドが主アライメントヘッドＡＬ１に対し較正される。
【００８４】
これらのキャリブレーション手順にはいくつか問題がある。第１の方法では所与のマークが副アライメントシステムの一連のアライメントヘッドで測定されるが、使用されるマークが欠陥であるか低いＳＮＲ（信号対ノイズ比）の検出結果である場合には、アライメントヘッドの相対位置のいずれにもかなりの誤差が生じ得る。第２の方法は、異なるマークが使用され各副アライメントヘッドが主アライメントヘッドに対し交差的に較正されるものであるが、マークの１つが欠陥であるか低いＳＮＲの検出をもたらすとしてもヘッドの１つが影響を受けるにすぎないという点で第１の方法よりも利点がある。しかし、４つの個別の副アライメントヘッドにより測定された４つの個別のマークの間の変動によってマーク依存のオフセットが生じ得るので、第１の方法よりも精度が悪くなるおそれもある。
【００８５】
相対アライメントヘッドオフセットの誤差はウェーハロット全体のオーバレイに影響しうるので、最悪の場合、歩留まりが低下するか完全に損なわれ得る。
【００８６】
したがって、多重アライメントヘッドシステムにおけるアライメントヘッドの相対位置を較正するための、よりロバストで精度のよい方法を提供する必要がある。
【００８７】
よって、ウェーハまたは基板テーブル等の物体のアライメントマークを検出するために使用される多数のアライメントヘッドを備える形式のアライメントシステムにおいて、１つまたは複数の主アライメントヘッドを用いる１つまたは複数の副アライメントヘッドのキャリブレーション方法が提供される。
【００８８】
１つまたは複数の主アライメントヘッドは、メトロロジフレームとして知られる固定フレームに取り付けられてもよい。
【００８９】
その他の構成要素例えば投影レンズユニットまたはその一部もまたメトロロジフレームに取り付けられてもよい。
【００９０】
副アライメントヘッドのアライメントヘッドオフセットは、１つの測定結果からだけではなく、多数の測定結果から演算されてもよい。こうしてキャリブレーションのロバスト性及び精度が向上される。多数の測定は好ましくは多数のアライメントヘッドにより並行して行われる。すなわち同一の測定工程の一部として複数の測定結果が得られる。
【００９１】
図１８は、副アライメントヘッドのキャリブレーション手順の一実施例を例示の目的で示す。図１８ａに示すように、５つのアライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は、ステージ９００に保持されるウェーハ９０２上の５つのアライメントマークＭ１乃至Ｍ５（図の左側のＭ１から図の右側のＭ５まで）の検出のために配列されている。図１８において塗りつぶしで示すアライメントヘッドセンサは動作中であることを示し、白丸は非動作中であることを示す。センサは常に動作中のままとされてもよいが、低消費電力及び生じ得るクロストーク誤差の低減にはアライメントヘッドセンサの選択的な稼動が好ましい。
【００９２】
図１８においては主アライメントヘッドＡＬ１及び副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４が設けられている。図１８ｂにおいてはすべてのマークＭ１乃至Ｍ５が５つのアライメントヘッドにより同時に測定される。その次にウェーハステージ９００は予め定められた距離だけＸ方向に図１８ｃに示す位置へと移動され、アライメントヘッドＡＬ２１はウェーハ境界の外側（または少なくともマーカ配列を備えるウェーハ領域の外側）の位置へと移動され非動作状態とされる。このときマークＭ５はいずれのアライメントヘッドにも測定されない。残りの４つのアライメントヘッドはマークＭ１乃至Ｍ４を測定する。ウェーハＸ方向移動及びそれに続く測定実行という処理が、図１８ｂ乃至図１８ｆの順序に示されるように、アライメントセンサとマークとが１つずつという組み合わせとなるまで繰り返される。
【００９３】
図１８ｂ乃至図１８ｆの処理はアライメントヘッドに対する第１のＸ方向のステージ９００の移動を示すが、ステージ９００はこれとは逆向きのＸ方向に同様に移動されて同様の作用を実現することもできる。
【００９４】
マークＭ１（左側のマーク）が５つのアライメントヘッドのすべてにより測定された時点において、Ｍ２は４つのアライメントヘッド（すなわちＡＬ２２、ＡＬ１、ＡＬ２３、ＡＬ２４のそれぞれ）で測定済み等となっている。図１９は、各アライメントヘッドでこの時点で測定されているマークの全体像を示す。このテーブルのステップ１〜５はそれぞれ図１８ｂ〜１８ｆの位置に対応する。アライメントヘッドＡＬ２１は１回しか測定していないが、ＡＬ２２は２回測定し、ＡＬ２３は４回測定し、ＡＬ２４は５回測定している。主アライメントシステムＡＬ１のアライメントヘッドは３回測定している。
【００９５】
よって、各アライメントヘッドについてのオフセット情報の収集は、複数の測定結果から取得されてもよい。
【００９６】
ある副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４のオフセット測定値は、ある特定のアライメントマークＭ１〜Ｍ５の測定結果が主アライメントヘッドＡＬ１によりなされたあるアライメントマークの測定結果に関連付けられたときに決定されることができる。ＸＹ位置の差が対象の副アライメントヘッドの主アライメントヘッドに対するオフセットを表す。
【００９７】
最小限として、少なくとも１つの副アライメントヘッドが少なくとも１つのマークを主アライメントヘッドと共通に測定する。これにより、その副アライメントヘッドのオフセットの直接測定をすることが可能となる。残りの副アライメントヘッドは、これらは主アライメントヘッドと共通に少なくとも１つのマークを測定していないが、主アライメントヘッドと共通に少なくとも１つのマークを測定する１つまたは複数の副アライメントヘッドを基準にして較正されることが可能である。
【００９８】
好ましい一実施例においては、主アライメントヘッドＡＬ１は、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４の各々と共通に測定する。これは、各副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４のオフセットが直接測定により決定可能ということである。よって図１９に示す実施例においては、直接測定を通じてＡＬ２１を除くすべてのアライメントヘッドについて多数のオフセットを算出可能である。
【００９９】
更なる一実施例においては、主アライメントヘッドＡＬ１は、少なくとも２つのアライメントマークを副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４の各々と共通に測定する。
【０１００】
図２０は、５つのアライメントマークを測定する５つのアライメントヘッドの例示的一実施例で取り得るすべてのアライメント位置をテーブルに示す。この場合、９つの取り得る位置、またはオフセット測定の「ステップ」がある。
【０１０１】
上述のようにオフセット測定のための最低条件は、少なくとも１つの副アライメントヘッドが少なくとも１つのマークを主アライメントヘッドと共通に測定することである。本実施例は一例として５つのアライメントマーク及び５つのアライメントヘッドであるが、最低２つのステップでその条件を満たすことが可能である。図２０に示す表において、その２つのステップは、それらステップの少なくとも１つで主アライメントヘッドが測定を行う限り、任意の２つのステップであってよい。すなわち、ステップ３、４、５、６、または７と他のいずれかのステップとの組み合わせでよい。
【０１０２】
ある特定の実施例においては、その２つのステップのそれぞれが主アライメントヘッドによって異なるマーカを測定することを含んでもよい。それにより、主アライメントヘッドと共通にマークを測定しない副アライメントヘッドの数が最小となる。例えば、図２０に示す表において、その２つのステップがステップ４及び５またはステップ５及び６を含む場合には、２つの外側の副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２４のみが主アライメントヘッドＡＬ１と共通にはマークを測定しない。
【０１０３】
他の一実施例においては、主アライメントヘッドＡＬ１は少なくとも１つのマークを各副アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４と共通に測定する。本実施例は一例として５つのアライメントマーク及び５つのアライメントヘッドであるが、最低３つのステップでその条件を満たすことが可能である。その３つのステップには、（図１８ｂに示されるように）すべてのアライメントヘッドが稼動する位置が含まれなければならない。この位置は一連の連続するステップの最初でも、中間でも、最後であってもよい。すなわち、図２０に示すステップ｛３，４，５｝、｛４，５，６｝、｛５，６，７｝であってよい（なおそれぞれの場合において、各ステップの実行順序は任意である）。
【０１０４】
この場合（繰り返すが一例として５つのアライメントヘッドの場合）、両方の外側の副アライメントヘッド（ＡＬ２１、ＡＬ２４）は固定アライメントヘッドＡＬ１と共通に１つのアライメントマークを測定し、各々のオフセットの直接測定が可能である。ところが残りの副アライメントヘッドはそれぞれ２つのアライメントマークを固定アライメントヘッドと共通に測定し、２つのオフセット測定値を得る。この２つの値はキャリブレーションのロバスト性を向上するために使用することができる。
【０１０５】
他の一実施例においては、各副アライメントヘッドは、固定アライメントヘッドＡＬ１で測定されたアライメントマークと共通の少なくとも２つのアライメントマークを測定する。図１８乃至図２０の例においてこれを実現するのに要する最小ステップ数は４である。この場合、各ステップは連続し、かつ中間のステップは中央のステップのうち１つを含まなければならない。言い換えれば、４つのステップは図２０の表における｛３，４，５，６｝または｛４，５，６，７｝でなければならない。
【０１０６】
ウェーハステージの位置に言及する際の「連続」という用語の使用は、本図におけるステップの順序を指しており、ステップの時間的な順序を必ずしも指していないものと理解されたい。図示されるものとは異なる時間順序でウェーハを各位置に移動させてもよい。そういうものとすれば、「連続」ステップは、図示の並びにおいて論理的に連続している隣接ウェーハステージ位置またはステップを表すと理解される。
【０１０７】
同様の作用効果は追加のステップを使用しても実現される。最小の３つまたは４つのステップを超える追加のステップの各々によって、余剰のデータが収集され、キャリブレーション方法に余剰のロバスト性が与えられる。
【０１０８】
代替一実施例においては、少なくとも１つのアライメントマークの測定結果を出す全てのステップが使用され（すなわち図示の例では９つのステップすべて）、すべてのアライメントマークが各アライメントヘッドにより測定され最大量のデータが収集される。
【０１０９】
上記の説明では１組の５つのアライメントマークを測定するのに使用される５つのアライメントヘッドを特に例として述べているが、本発明はこれに限られず、任意の数ｉ個のアライメントヘッドと任意の数ｊ個のアライメントマークとの組み合わせにも有効である。好ましい一実施例はｉ＝ｊであるが、常にそうである必要はない。例えば、７つまたは３つのアライメントヘッドを有するようにしてもよい。あるいは、図示同様の５つのアライメントヘッドがより多くのアライメントマークと使用されてもよい。例えば９つであり、この場合マーク間隔はアライメントヘッド間隔の半分となり得る。
【０１１０】
一般には、少なくとも１つの副アライメントヘッドが少なくとも１つのマークを主アライメントヘッドと共通に測定するように、少なくとも２つの異なるステップが実行されなければならない。
【０１１１】
例示的一実施例においては、主アライメントヘッドは少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する。この場合、ｉ個のアライメントヘッドがある場合にキャリブレーションの実行に必要な最小のステップ数はｉ−２である。このｉ−２個のステップは、その並びの最初、中間、または最後に中心位置を有する連続ステップを含まなければならない。
【０１１２】
他の一実施例においては、主アライメントヘッドは少なくとも２つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する。この場合、ｉ個のアライメントヘッドがある場合に各アライメントヘッドにつき複数のオフセット測定結果を得るキャリブレーションの実行に必要な最小のステップ数はｉ−１である。このｉ−１個のステップは、中央位置または２つの中央位置の一方である中心位置をその並びに有する連続ステップを含まなければならない。
【０１１３】
固定アライメントヘッドをアレイの中心に位置決めしないことも可能である。例えば、固定された主アライメントヘッドからの横方向距離が次第に大きくなるよう副アライメントヘッドが一列に配列されてもよいし、副アライメントヘッドの円形配列というような代替構成もあり得る。これらの代替構成においても本発明の原理は適用可能であるが、固定アライメントヘッドがアライメントヘッド配列の一端にある場合においては、第１の例によるオフセット演算さらにはアライメントヘッドごとに多数のオフセットを演算するために条件を満たすのに要する最小ステップ数は、中心配置のアライメントヘッドの場合に比べて追加のステップを必要とするであろう。その他の物理的な機構または軸移動も適用可能であり、例えば多重アライメントヘッドが円形配列の場合には固定アライメントヘッドを円の中心に配し、種々のステップをウェーハステージの回転により実現することも可能であろう。代替一実施例においては、中心に固定された主アライメントヘッドはウェーハの中心点にあり、その中心固定主アライメントヘッドまわりに径方向に離れたいくつかの異なるアライメントマークの検出のためにウェーハが回転されてもよい。そうして径方向及び角度方向のオフセットが計算されてもよい。
【０１１４】
行われるアライメントマークの各種の測定は、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置、Ｚ軸位置、更には傾斜情報を含んでもよい。
【０１１５】
この新規な方法におけるこれらの手法並びに余剰データの収集可能性が与えられたことで、キャリブレーション演算さらにはその演算結果に基づくリソグラフィ処理の補正に使用され得るアルゴリズムは種々存在する。
【０１１６】
一例では、アライメントマークのうち１つが選択され、すべてのアライメントヘッドのキャリブレーションに使用されるが、そのアライメントマークから導出されたオフセットはその他のマークから導出されたオフセットと比較されてもよい。ミスマッチが見られる場合には（すなわち、予め定められた誤差しきい値を超えて異なる測定オフセットが見られる場合には）、キャリブレーションに使用された選択マークは欠陥であると判定されてもよい。この場合、そのアライメントマークに基づいて得られた測定結果は無視され、代わりのアライメントマークから導出された測定結果が代わりに使用されてもよい。必要があれば、ステップ数が低減されている実施例の１つにおいては（例えば、実行すべきいずれかのキャリブレーションに要する最小ステップ、または、各アライメントヘッドに共通に複数のアライメントマークを測定させるのに要する最小ステップのみを用いる場合）、追加のウェーハステージステップを実行して追加のデータを収集し、新たに選択されたアライメントマークに基づくオフセット演算に要する追加の情報を取得するようにしてもよい。
【０１１７】
キャリブレーションデータの他の使用例は、複合オフセット演算への利用である。すなわち、複数のオフセット測定値を考慮に入れるオフセット演算、例えばオフセット平均値またはオフセット中央値である。
【０１１８】
これらと同様の方法が、以降の演算で無視されることになる異常値の検出にも使用可能であろう。
【０１１９】
必要最低限よりも多くのステップ数を実行する実施例においてはキャリブレーション所要時間が増える。しかし、キャリブレーションは各ウェーハロットの処理に際して通常一度実行されるので、収集される余剰のデータの有用性に照らせば時間の増加は許容できる。
【０１２０】
実際問題として、実行されるステップの順序は重要であり得る。最小のステップ数を要するときに有利な一実施例は、アライメントヘッド配列の末端に位置する副アライメントヘッドが中心のアライメントマークを測定する位置から開始して、その末端から離れる方向のステップにウェーハを逐次移動させ、すべてのアライメントヘッドにより測定される１つ目の共通マークをウェーハの中心マークとするというものである。
【０１２１】
ウェーハステージの移動範囲が可能なステップ数を制限することがある。例えばある種の液浸リソグラフィシステムにおいては主ベースラインキャリブレーション中に液浸液がウェーハ上またはウェーハテーブル上にある必要があり、このことが実際に実行可能なステップ範囲を制限し得る。しかし、本発明はいかなる形式のリソグラフィ処理にも有用性を有するものであり、１つの特定の処理による制限をもって本発明の範囲が何らかの特定の処理に制限されると解釈されるべきではない。
【０１２２】
あるアライメントヘッドによるあるアライメントマーカの測定ごとにマークを焦点合わせすることが好ましいが、上述のようにウェーハ表面は通常平坦ではなく、そのため一実施例においては各々の測定ステップにてアライメントマーカの焦点合わせが行われる。したがって、多重アライメントヘッドが複数のアライメントマークを並行して測定する実施例においては、「並行する」測定は実のところ同時でなくてもよく、アライメントマークの配列に依存していくつかの異なる測定を含むということでもよい。
【０１２３】
１つの測定が少なくとも１つのアライメントマークが焦点にある第１の位置で行われ、次の測定が別のアライメントマークが焦点にある第２の位置で行われる。これが繰り返されて、すべてのアライメントマークが焦点にある状態で測定が行われる。もちろん、すべてのアライメントマークが同一の焦点面にある場合には測定は同時であってもよい。
【０１２４】
代替一実施例においては、副ベースラインキャリブレーションは、プロセスウェーハではなく、ダミーウェーハに実行されてもよい。
【０１２５】
マークが欠陥であるか否かを判定する他の条件は、キャリブレーション方法がある予め定められた予想範囲の外側にあるか否かを試験することであってもよい。
【０１２６】
これらの新たなデータ収集方法は、いくつかの顕著な効果を産業にもたらす。中央の固定されたアライメントヘッドに対する移動可能なアライメントヘッドのキャリブレーション測定精度のロバストな改良は、オーバレイを改善する。本方法の欠陥アライメントマークに対する感度は歩留まり向上に役立つ。最悪の状況では欠陥アライメントマークによってウェーハロット全体がダメになってしまうおそれがあるからである。
【０１２７】
上述のように、先行技術に比べてキャリブレーションが多少長くかかるかもしれないが、キャリブレーションはロットごとに行われることからスループットへの全体的な影響は軽微であり、キャリブレーション時間のわずかな増加によるスループット速度への軽微な不利益よりもオーバレイ及び歩留まりの向上に真に大きな価値がある。
【０１２８】
本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウェーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。
【０１２９】
ここでは特に光リソグラフィを本発明に係る実施形態に適用したものを例として説明しているが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなど文脈が許す限り他にも適用可能であり、光リソグラフィに限られるものではない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスにおけるトポグラフィが基板上に生成されるパターンを定義する。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に与えられたレジスト層に押しつけられ、その状態で電磁放射、熱、圧力またはそれらの組合せを与えることによりレジストが硬化される。レジストの硬化後にパターニングデバイスはレジストから取り外され、そこにパターンが残される。
【０１３０】
本明細書において「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５乃至２０ｎｍの範囲の波長を有する）、及び、イオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を示す。
【０１３１】
「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁的光学素子、及び静電的光学素子を含む１つまたは各種の光学素子の組み合わせを指し示すものであってもよい。
【０１３２】
本発明の具体的な実施形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。例えば本発明は、上述の方法が記述された機械で読み取り可能な１以上の一連の指示を含むコンピュータプログラムの形式、またはこのようなコンピュータプログラムが記録されたデータ記録媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光ディスク）の形式をとってもよい。
【０１３３】
本発明の一実施形態においては、１つまたは複数の主アライメントヘッドを用い１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正する方法であって、主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出され、アライメントマークの直接測定をしていない副アライメントヘッドのオフセットが、アライメントマークの直接測定をしている副アライメントヘッドを基準にして算出される、方法が提供される。また、主アライメントヘッドは、少なくとも２つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定してもよい。
【０１３４】
本発明に係る１つの方法は、アライメントマークを測定するときに、Ｘ位置情報、Ｙ位置情報、Ｚ位置情報、及び傾斜情報を含むグループのうち１つまたは複数を決定することを含んでもよい。１つのアライメントマークがすべての副アライメントヘッドの較正に使用されてもよい。また、本発明に係る１つの方法は、１つの候補アライメントマークを用い測定されたオフセットと他の１つまたは複数のアライメントマークを用い測定されたオフセットとを比較することと、候補アライメントマークのオフセット測定結果と他のそれとのミスマッチがある場合に候補アライメントマークを欠陥と特定することと、候補アライメントマークが欠陥と特定された場合にはその候補アライメントマークに基づきなされた測定結果を以降の演算で無視することと、を含んでもよい。
【０１３５】
上述の説明は例示であり、限定を意図しない。よって、この開示に基づく請求項の範囲から逸脱することなく既述の本発明に変更を加えることができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。
【０１３６】
要約すれば、本開示は以下の特徴の１つまたは複数を含む。
【０１３７】
１．１つまたは複数の主アライメントヘッドを用い１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正する方法であって、
主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、
少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法。
【０１３８】
２．アライメントマークの直接測定をしていない副アライメントヘッドのオフセットが、アライメントマークの直接測定をしている副アライメントヘッドを基準にして算出される、特徴１に記載の方法。
【０１３９】
３．主アライメントヘッドは、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する、特徴１に記載の方法。
【０１４０】
４．主アライメントヘッドは、少なくとも２つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する、特徴１に記載の方法。
【０１４１】
５．主アライメントヘッドと各々の副アライメントヘッドとの双方によってすべてのアライメントマークが測定される、特徴１に記載の方法。
【０１４２】
６．アライメントマークの測定は、Ｘ位置情報、Ｙ位置情報、Ｚ位置情報、及び傾斜情報を含むグループのうち１つまたは複数を決定することを含む、特徴１乃至５のいずれかに記載の方法。
【０１４３】
７．１つのアライメントマークがすべての副アライメントヘッドの較正に使用される、特徴１乃至６のいずれかに記載の方法。
【０１４４】
８．１つの候補アライメントマークを用い測定されたオフセットと他の１つまたは複数のアライメントマークを用い測定されたオフセットとを比較することと、候補アライメントマークのオフセット測定結果と他のそれとのミスマッチがある場合に候補アライメントマークを欠陥と特定することと、候補アライメントマークが欠陥と特定された場合にはその候補アライメントマークに基づきなされた測定結果を以降の演算で無視することと、をさらに含む、特徴７に記載の方法。
【０１４５】
９．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより並行して行われる、特徴１乃至８のいずれかに記載の方法。
【０１４６】
１０．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより同時に行われる、特徴９に記載の方法。
【０１４７】
１１．測定ステップは、各測定ヘッドがアライメントマーカに焦点を合わせることを含む、特徴９に記載の方法。
【０１４８】
１２．少なくとも１つのアライメントマークが測定されるべきウェーハに設けられている、特徴１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【０１４９】
１３．少なくとも１つのアライメントマークがウェーハステージまたは計測ステージに設けられている、特徴１乃至１２のいずれかに記載の方法。
【０１５０】
１４．１つまたは複数の主アライメントヘッドがメトロロジフレームに取り付けられている、特徴１乃至１３のいずれかに記載の方法。
【０１５１】
１５．１つまたは複数の副アライメントヘッドがアライメントマークとの位置合わせのために移動可能である、特徴１４に記載の方法。
【０１５２】
１６．ウェーハアライメント方法であって、リソグラフィ処理の準備として実行され、ウェーハは主アライメントヘッドを備える主アライメントシステムと１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムとを備えるアライメントシステムにより測定され、該方法は、
基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーションを実行することと、
主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行することと、
主アライメントヘッドに対し１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正することと、を含み、
主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、
少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、
主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法。
【０１５３】
１７．アライメントマークの直接測定をしていない副アライメントヘッドのオフセットが、アライメントマークの直接測定をしている副アライメントヘッドを基準にして算出される、特徴１６に記載の方法。
【０１５４】
１８．主アライメントヘッドは、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する、特徴１６に記載の方法。
【０１５５】
１９．主アライメントヘッドは、少なくとも２つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定する、特徴１６に記載の方法。
【０１５６】
２０．主アライメントヘッドと各々の副アライメントヘッドとの双方によってすべてのアライメントマークが測定される、特徴１６に記載の方法。
【０１５７】
２１．アライメントマークの測定は、Ｘ位置情報、Ｙ位置情報、Ｚ位置情報、及び傾斜情報を含むグループのうち１つまたは複数を決定することを含む、特徴１６乃２０のいずれかに記載の方法。
【０１５８】
２２．１つのアライメントマークがすべての副アライメントヘッドの較正に使用される、特徴１６乃至２１のいずれかに記載の方法。
【０１５９】
２３．１つの候補アライメントマークを用い測定されたオフセットと他の１つまたは複数のアライメントマークを用い測定されたオフセットとを比較することと、候補アライメントマークのオフセット測定結果と他のそれとのミスマッチがある場合に候補アライメントマークを欠陥と特定することと、候補アライメントマークが欠陥と特定された場合にはその候補アライメントマークに基づきなされた測定結果を以降の演算で無視することと、をさらに含む、特徴２２に記載の方法。
【０１６０】
２４．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより並行して行われる、特徴１６乃至２３のいずれかに記載の方法。
【０１６１】
２５．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより同時に行われる、特徴２４に記載の方法。
【０１６２】
２６．測定ステップは、各測定ヘッドがアライメントマーカに焦点を合わせることを含む、特徴２４に記載の方法。
【０１６３】
２７．少なくとも１つのアライメントマークが測定されるべきウェーハに設けられている、特徴１６乃至２６のいずれかに記載の方法。
【０１６４】
２８．少なくとも１つのアライメントマークがウェーハステージまたは計測ステージに設けられている、特徴１６乃至２７のいずれかに記載の方法。
【０１６５】
２９．１つまたは複数の主アライメントヘッドがメトロロジフレームに取り付けられている、特徴１６乃至２８のいずれかに記載の方法。
【０１６６】
３０．１つまたは複数の副アライメントヘッドがアライメントマークとの位置合わせのために移動可能である、特徴２９に記載の方法。
【０１６７】
３１．基準物はパターニングデバイスを備える、特徴１６乃至３０のいずれかに記載の方法。
【０１６８】
３２．アライメントマークを検出する主アライメントヘッド及びセンサを備える主アライメントシステムと、各々がアライメントマークを検出するセンサを備える１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムと、を備えるアライメントシステムと、
主アライメントヘッドがアライメントマークを測定する第１位置と、副アライメントヘッドがそれと同一のアライメントマークを測定する第２位置と、でアライメントシステムを移動させる機構と、
アライメントシステムの位置を測定するエンコーダと、
アライメントシステムのセンサからの測定結果と、アライメントシステムを移動させる機構からの位置情報と、を受け取り、該測定結果から、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットを演算する処理部と、を備えるキャリブレーション装置。
【０１６９】
３３．処理部は、アライメントマークの直接測定をしていない副アライメントヘッドのオフセットを、アライメントマークの直接測定をしている副アライメントヘッドを基準にして算出する、特徴３２に記載のキャリブレーション装置。
【０１７０】
３４．機構は、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、特徴３２に記載のキャリブレーション装置。
【０１７１】
３５．機構は、少なくとも２つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、特徴３２に記載のキャリブレーション装置。
【０１７２】
３６．機構は、すべてのアライメントマークを主アライメントヘッドと各々の副アライメントヘッドとの双方によって測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、特徴３２に記載のキャリブレーション装置。
【０１７３】
３７．アライメントマークの測定は、Ｘ位置情報、Ｙ位置情報、Ｚ位置情報、及び傾斜情報を含むグループのうち１つまたは複数を決定することを含む、特徴３２乃至３６のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【０１７４】
３８．１つのアライメントマークがすべての副アライメントヘッドの較正に使用される、特徴３２乃至３７のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【０１７５】
３９．処理部は、１つの候補アライメントマークを用い測定されたオフセットと他の１つまたは複数のアライメントマークを用い測定されたオフセットとを比較し、候補アライメントマークのオフセット測定結果と他のそれとのミスマッチがある場合に候補アライメントマークを欠陥と特定し、候補アライメントマークが欠陥と特定された場合にはその候補アライメントマークに基づきなされた測定結果を以降の演算で無視する、特徴３８に記載のキャリブレーション装置。
【０１７６】
４０．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより並行して行われる、特徴３２乃至３９のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【０１７７】
４１．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより同時に行われる、特徴４０に記載のキャリブレーション装置。
【０１７８】
４２．前記のまたは各々のアライメントマーカに焦点を合わせる機構をさらに備える、特徴４０に記載のキャリブレーション装置。
【０１７９】
４３．少なくとも１つのアライメントマークが測定されるべきウェーハに設けられている、特徴３２乃至４２のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【０１８０】
４４．少なくとも１つのアライメントマークがウェーハステージまたは計測ステージに設けられている、特徴３２乃至４３のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【０１８１】
４５．１つまたは複数の主アライメントヘッドがメトロロジフレームに取り付けられている、特徴３２乃至４４のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【０１８２】
４６．１つまたは複数の副アライメントヘッドがアライメントマークとの位置合わせのために移動可能である、特徴４５に記載のキャリブレーション装置。
【０１８３】
４７．アライメントマークを検出する主アライメントヘッド及びセンサを備える主アライメントシステムと、各々がアライメントマークを検出するセンサを備える１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムと、を備えるアライメントシステムと、
基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーション、及び主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行するよう測定位置間でアライメントシステムを移動させ、かつ主アライメントヘッドがアライメントマークを測定する第１位置と、副アライメントヘッドがそれと同一のアライメントマークを測定する第２位置と、でアライメントシステムを移動させる機構と、
アライメントシステムの位置を測定するエンコーダと、
アライメントシステムのセンサからの測定結果と、アライメントシステムを移動させる機構からの位置情報と、を受け取り、該測定結果から、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットを演算する処理部と、を備えるキャリブレーション装置を備えるリソグラフィ装置。
【０１８４】
４８．処理部は、アライメントマークの直接測定をしていない副アライメントヘッドのオフセットを、アライメントマークの直接測定をしている副アライメントヘッドを基準にして算出する、特徴４７に記載のリソグラフィ装置。
【０１８５】
４９．機構は、少なくとも１つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、特徴４７に記載のリソグラフィ装置。
【０１８６】
５０．機構は、少なくとも２つのアライメントマークを副アライメントヘッドの各々と共通に測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、特徴４７に記載のリソグラフィ装置。
【０１８７】
５１．機構は、すべてのアライメントマークを主アライメントヘッドと各々の副アライメントヘッドとの双方によって測定するよう主アライメントヘッドを移動させるのに適する、特徴４７に記載のリソグラフィ装置。
【０１８８】
５２．アライメントマークの測定は、Ｘ位置情報、Ｙ位置情報、Ｚ位置情報、及び傾斜情報を含むグループのうち１つまたは複数を決定することを含む、特徴４７乃至５１のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
【０１８９】
５３．１つのアライメントマークがすべての副アライメントヘッドの較正に使用される、特徴４７乃至５２のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
【０１９０】
５４．処理部は、１つの候補アライメントマークを用い測定されたオフセットと他の１つまたは複数のアライメントマークを用い測定されたオフセットとを比較し、候補アライメントマークのオフセット測定結果と他のそれとのミスマッチがある場合に候補アライメントマークを欠陥と特定し、候補アライメントマークが欠陥と特定された場合にはその候補アライメントマークに基づきなされた測定結果を以降の演算で無視する、特徴５３に記載のリソグラフィ装置。
【０１９１】
５５．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより並行して行われる、特徴４７乃至５４のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
【０１９２】
５６．複数の測定が多数のアライメントヘッドにより同時に行われる、特徴５５に記載のリソグラフィ装置。
【０１９３】
５７．前記のまたは各々のアライメントマーカに焦点を合わせる機構をさらに備える、特徴５５に記載のリソグラフィ装置。
【０１９４】
５８．少なくとも１つのアライメントマークが測定されるべきウェーハに設けられている、特徴４７乃至５７のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
【０１９５】
５９．少なくとも１つのアライメントマークがウェーハステージまたは計測ステージに設けられている、特徴４７乃至５８のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
【０１９６】
６０．１つまたは複数の主アライメントヘッドがメトロロジフレームに取り付けられている、特徴４７乃至５９のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
【０１９７】
６１．１つまたは複数の副アライメントヘッドがアライメントマークとの位置合わせのために移動可能である、特徴６０に記載のリソグラフィ装置。
【０１９８】
６２．１つまたは複数の主アライメントヘッドを用い１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正する方法であって、主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法を実行するための命令を、コンピュータに実行させるときに、与えるコンピュータプログラム製品。
【０１９９】
６３．ウェーハアライメント方法であって、リソグラフィ処理の準備として実行され、ウェーハは主アライメントヘッドを備える主アライメントシステムと１つまたは複数の副アライメントヘッドを備える副アライメントシステムとを備えるアライメントシステムにより測定され、該方法は、基準物に対し主アライメントヘッドを整列させる主ベースラインキャリブレーションを実行することと、主アライメントヘッドに対し副アライメントヘッドを整列させる副ベースラインキャリブレーションを実行することと、主アライメントヘッドに対し１つまたは複数の副アライメントヘッドを較正することと、を含み、主アライメントヘッドはアライメントマークを測定し、少なくとも１つの副アライメントヘッドはそれと同一のアライメントマークを測定し、主アライメントヘッドに対する副アライメントヘッドのオフセットがそのアライメントマークになされた測定結果から導出される、方法を実行するための命令を、コンピュータに実行させるときに、与えるコンピュータプログラム製品。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【外国語明細書】
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