(57)【要約】【課題】複数のアライメントマークの中からターゲットアライメントマークを識別する。【解決手段】アライメントスコープの視野ＭＦ内に複数のアライメントマークが存在する。これらの中から、複数のアライメントマークの間の距離又は複数のアライメントマークの配置に基づいて、ターゲットアライメントマークを識別する。【選択図】図３Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、
前記複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、
前記位置検出装置は、前記複数のアライメントマークの間の距離をそれぞれ検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記複数のアライメントマークの中から前記ターゲットアライメントマークを識別する識別部と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
物体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、
前記複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、
前記位置検出装置は、前記複数のアライメントマークのうち少なくとも一部の間の距離をそれぞれ検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記複数のアライメントマークの少なくとも１つを識別する識別部と、識別された前記アライメントマークの位置を検出した結果に基づいて、前記ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出部と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
物体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、
前記位置検出装置は、前記複数のアライメントマークを観察する観察系と、観察された前記複数のアライメントマークの配置に基づいて、前記ターゲットアライメントマークを識別する識別部と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
物体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、
前記位置検出装置は、前記複数のアライメントマークの少なくとも一部を観察する観察系と、観察された前記少なくとも一部のアライメントマークの配置に基づいて、前記ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出部と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
物体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、
前記位置検出装置は、観察視野内に存在する前記アライメントマークの位置を検出する検出部と、位置が検出された前記アライメントマークの個数及び前記観察視野内における位置に基づいて、前記ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出部と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
物体の位置を検出する位置検出方法であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、
前記複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、
前記複数のアライメントマークの間の距離をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出工程での検出結果に基づいて、前記複数のアライメントマークの中から前記ターゲットアライメントマークを識別する識別工程と、を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
物体の位置を検出する位置検出方法であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、
前記複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、
前記複数のアライメントマークのうち少なくとも一部の間の距離をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出工程での検出結果に基づいて、前記複数のアライメントマークの少なくとも１つを識別する識別工程と、
識別された前記アライメントマークの位置を検出した結果に基づいて、前記ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出工程と、を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項８】
物体の位置を検出する位置検出方法であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、
前記複数のアライメントマークを観察する工程と、
観察された前記複数のアライメントマークの配置に基づいて、前記ターゲットアライメントマークを識別する識別工程と、を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項９】
物体の位置を検出する位置検出方法であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、
前記複数のアライメントマークの少なくとも一部を観察する観察工程と、
観察された前記少なくとも一部のアライメントマークの配置に基づいて、前記ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出工程と、を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１０】
物体の位置を検出する位置検出方法であって、
前記物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、
観察視野内に存在する前記アライメントマークの位置を検出する検出工程と、
位置が検出された前記アライメントマークの個数及び前記観察視野内における位置に基づいて、前記ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出工程と、を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１１】
物体にデバイスパターンを露光する露光装置であって、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の位置検出装置と、
前記物体を保持して移動するステージと、を備え、
前記位置検出装置による前記物体の位置検出結果に基づいて、前記ステージを制御して前記物体の位置を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
物体にパターンを投影露光する露光装置であって、
投影光学系と、
前記物体に形成される複数のアライメントマークを識別するための補助パターンが形成されたマスクを保持する保持部と、を備え、
前記補助パターンは、前記投影光学系を介して前記物体に投影露光されることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
前記補助パターンは、原版に形成されたデバイスパターン及びアライメントマークが前記投影光学系を介して前記物体に投影露光される前又は投影露光された後に、前記物体に投影露光されることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて物体にデバイスパターンを露光する工程と、
露光された前記物体を現像する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置及び位置検出方法、露光装置並びにデバイス製造方法に係り、特に、物体の位置を検出する位置検出装置及び位置検出方法、該装置を含む露光装置、並びに、該装置を使ったデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、原版（例えば、レチクル、マスク等）に形成されたデバイスパターンを感光剤が塗布された基板（例えば、ウエハ、ガラス基板等）に投影露光しこれを現像するリソグラフィー工程を繰り返すことにより製造される。このような製造工程において、感光剤に投影露光するデバイスパターン（潜像）を既に基板上に形成されているデバイスパターン（パターン化された構造体）に正確に位置合わせすることが重要である。
【０００３】
原版のパターンを基板上に形成されているパターンに位置合わせする作業として、基板の位置合わせがある。ウエハ上に半導体デバイスを形成する製造工程においては、このような基板の位置合わせは、ウエハアライメントと呼ばれる。
【０００４】
ウエハアライメントは、次のような手順でなされる。まず、露光装置及びメカニカルアライメント装置を備えるリソグラフィーシステムにウエハが供給され、メカニカルアライメント装置によってウエハの外周部に設けられたオリフラ（オリエンテーション・フラット）又はノッチを利用して粗い位置合わせがなされる。その後、ウエハは、ウエハ供給装置によって露光装置のウエハチャックに載置される。メカニカルアライメント装置による典型的な位置合わせ精度は、２０μｍ程度である。
【０００５】
次いで、以前のプロセスによりウエハ上に形成されている複数のアライメントマークの位置をアライメントスコープを使って検出し、その検出結果に基づいて、ウエハのＸ方向及びＹ方向のずれ、回転成分、及び、ショット配列の倍率成分を算出する。各ショットの露光の際は、この算出結果に基づいてウエハステージが駆動され、これにより、投影光学系を通してウエハ上に投影されるパターンに対して、ショット内に既に形成されているパターンが正確に位置合わせされる。この方式をグローバルアライメントと呼ぶ。グローバルアライメントの精度は、例えば、256Mbitのメモリを製造する露光装置において、50nm以下である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、CMP(Chemical Mechanical Polishing)と呼ばれる研磨工程による平坦化技術が使われることが多い。CMPを実施すると、アライメントマーク上部の層が研磨されるので、これによりマーク信号が劣化したり安定性が低下したりする。そのため、アライメントマークを工程に合わせて最適化する傾向がある。この最適化では、例えば、線幅、間隔、凹凸などの構造を異ならせた複数のアライメントマークを試験的に形成し、その中から最適なアライメントマークを選択することによって行われる。通常は試作段階で最適なアライメントマークを決定するが、多品種少量生産の場合には、最適化がなされないままで量産に移行することもある。このような場合には、複数のアライメントマークがアライメントスコープの視野内に入る可能性がある。
【０００７】
更に、近年のアライメントは、１つの領域（露光領域）内にＸ、Ｙ一組のアライメントマークを形成する方法から、複数組のアライメントマークを形成する方法に移行しつつある。その目的としては、例えば、露光領域の変形を補正することや、複数のアライメントマークの計測による平均化効果により計測精度を向上させることなどを挙げることができる。このような目的の下では、可能な限りアライメントマーク間のスパンを広く取り精度を上げるべきであり、具体的には各露光領域の４隅にアライメントマークを形成する傾向がある。このような背景によっても、アライメントスコープの視野内に複数のマークが入る可能性が高くなっている。
【０００８】
更に、近年、デバイス構造の複雑化等に伴って工程数が増加し、これとともにアライメントマークを形成する回数が増加する傾向にある。
【０００９】
すなわち、近年は、アライメントマーク構造の最適化、計測精度の向上、工程数の増加等の種々の目的或いは要因によりアライメントマークの個数或いは配置密度が増加し、これによりアライメントスコープの視野内に複数のアライメントマークが入る傾向がある。そのため、視野内の複数のアライメントマークから目的とするアライメントマークを識別或いは特定する必要性が高まっている。
【００１０】
本発明は、例えば、複数のアライメントマークの中から目的とするターゲットアライメントマークを識別すること、又は、複数のアライメントマークの中の目標とするターゲットアライメントマークの位置を算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の側面は、物体の位置を検出する位置検出装置に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、位置検出装置は、複数のアライメントマークの間の距離をそれぞれ検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、複数のアライメントマークの中からターゲットアライメントマークを識別する識別部と、を備える。
【００１２】
本発明の第２の側面は、物体の位置を検出する位置検出装置に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、位置検出装置は、複数のアライメントマークのうち少なくとも一部の間の距離をそれぞれ検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、複数のアライメントマークの少なくとも１つを識別する識別部と、識別されたアライメントマークの位置を検出した結果に基づいて、ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出部と、を備える。
【００１３】
本発明の第３の側面は、物体の位置を検出する位置検出装置に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、位置検出装置は、複数のアライメントマークを観察する観察系と、観察された複数のアライメントマークの配置に基づいて、ターゲットアライメントマークを識別する識別部と、を備える。
【００１４】
本発明の第４の側面は、物体の位置を検出する位置検出装置に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、位置検出装置は、複数のアライメントマークの少なくとも一部を観察する観察系と、観察された少なくとも一部のアライメントマークの配置に基づいて、ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出部と、を備える。
【００１５】
本発明の第５の側面は、物体の位置を検出する位置検出装置に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、位置検出装置は、観察視野内に存在するアライメントマークの位置を検出する検出部と、位置が検出されたアライメントマークの個数及び観察視野内における位置に基づいて、ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出部と、を備える。
【００１６】
本発明の第６の側面は、物体の位置を検出する位置検出方法に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、位置検出方法は、複数のアライメントマークの間の距離をそれぞれ検出する検出工程と、前記検出工程での検出結果に基づいて、複数のアライメントマークの中からターゲットアライメントマークを識別する識別工程と、を含む。
【００１７】
本発明の第７の側面は、物体の位置を検出する位置検出方法に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが形成され、複数のアライメントマークの間の距離は、互いに異なっており、位置検出方法は、複数のアライメントマークのうち少なくとも一部の間の距離をそれぞれ検出する検出工程と、前記検出工程での検出結果に基づいて、複数のアライメントマークの少なくとも１つを識別する識別工程と、識別されたアライメントマークの位置を検出した結果に基づいて、ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出工程と、を含む。
【００１８】
本発明の第８の側面は、物体の位置を検出する位置検出方法に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、位置検出方法は、複数のアライメントマークを観察する工程と、観察された複数のアライメントマークの配置に基づいて、ターゲットアライメントマークを識別する識別工程と、を含む。
【００１９】
本発明の第９の側面は、物体の位置を検出する位置検出方法に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、位置検出方法は、複数のアライメントマークの少なくとも一部を観察する観察工程と、観察された少なくとも一部のアライメントマークの配置に基づいて、ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出工程と、を含む。
【００２０】
本発明の第１０の側面は、物体の位置を検出する位置検出方法に係り、ここで、物体には、ターゲットアライメントマークを含む複数のアライメントマークが所定の配置で形成されており、観察視野内に存在するアライメントマークの位置を検出する検出工程と、位置検出方法は、位置が検出されたアライメントマークの個数及び観察視野内における位置に基づいて、ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出工程と、を含む。
【００２１】
本発明の第１１の側面は、物体にデバイスパターンを露光する露光装置に係り、上記の第１〜第５の側面として特定された位置検出装置と、物体を保持して移動するステージと、を備え、位置検出装置による物体の位置検出結果に基づいて、ステージを制御して物体の位置を調整する。
【００２２】
本発明の第１２の側面は、物体にパターンを投影露光する露光装置に係り、投影光学系と、物体に形成される複数のアライメントマークを識別するための補助パターンが形成されたマスクを保持する保持部と、を備え、補助パターンは、投影光学系を介して物体に投影露光される。ここで、補助パターンは、原版に形成されたデバイスパターン及びアライメントマークが前記投影光学系を介して前記物体に投影露光される前又は投影露光された後に、物体に投影露光されうる。
【００２３】
本発明の第１３の側面は、デバイス製造方法に係り、上記の第６又は第７の側面として特定された露光装置を用いて物体にデバイスパターンを露光する工程と、露光された物体を現像する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、例えば、複数の位置検出マークの中から目的とする位置検出マークを識別すること、又は、複数の位置検出マークの中の目標とする位置検出マークの位置を算出するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
まず、図８Ａを参照して本発明の好適な実施の形態のリソグラフィーシステム又は露光装置におけるグローバルアライメントで使用するアライメントマーク（位置検出用マーク）の一例を説明する。アライメントマークは、基板等の物体の位置を検出するためマークである。この実施の形態のアライメントマークＦＸＹは、グローバルアライメントにおいてＸ方向の計測とＹ方向の計測を同時に行うことができよるように構成されている。
【００２７】
グローバルアライメントでは、図８Ａに示されるウインドウＸ内のＸ方向計測用のマークＦＸを高倍率のスコープ(高倍率検出系又は高倍率観察系)で観察する。それと同時にウインドウＹ内のＹ方向計測用のマークＦＹを高倍率検出系で観察し、これにより高い分解能でアライメントマークＦＸＹのＸ、Ｙ方向の位置（座標）を検出する。
【００２８】
次に、図１及び図４を参照しながら、本発明の好適な実施の形態のグローバルアライメントを説明する。不図示の搬送機構によりウエハが図１に示すリソグラフィーシステムに供給される。そうすると、ウエハの外周位置とオリフラ（オリエンテーション・フラット）又はノッチと呼ばれる方向特定部（図４のN）の位置とに基づいて、メカニカルアライメント装置ＭＡは、ウエハの大まかな位置を決定する。
【００２９】
次に、ウエハは、不図示のウエハ供給装置によってウエハステージＳＴＧに搭載されたチャックＣＨ上に載置され、その後、グローバルアライメントが行われてウエハＷの位置及び各露光ショットの位置が正確に求められる。この実施の形態のグローバルアライメントでは、高い倍率のスコープを用いてウエハＷ上の複数のグローバルアライメントマークFXY1〜FXY4におけるX方向の計測マークFX1〜FX4及びY方向の計測マークFY1〜FY4を計測する。そして、基準位置からウエハＷのX,Y方向のずれ及び回転成分、並びに、ショット配列の倍率成分を求める。
【００３０】
次に、図８Ａに示されるアライメントマークＦＸＹを、低倍率系及び高倍率系で同時に観察することができるアライメントスコープについて説明する。図１に示すウエハアライメント用の顕微鏡すなわちアライメントスコープＳＣは、低倍率系及び高倍率系でアライメントマークを同時に観察し、アライメントマークの位置を検出することができるように構成されている。
【００３１】
アライメントマークの照明光は、アライメントマーク照明光源LiからスコープSC内に導光され、ハーフミラーM1（又は偏光ビームスプリッタ）を通り、ウエハＷ上のアライメントマーク（例えば、図４のマークFXY1）を照明する。ウエハＷからの反射光は、ハーフミラーM1,M2を通って、高倍率検出センサ（例えば、光電変換素子）S2に至る。同様に、ウエハＷからの反射光は、ハーフミラーM1,M2を通り低倍率検出センサ（例えば、光電変換素子）S1にも至る。センサS1、S2で撮像された画像は、処理装置Pに提供され、この処理装置Ｐが所定の処理を実行することによりアライメントマークの位置が算出される。
【００３２】
アライメントマークの位置の計算は、低倍率系と高倍率系の２種類のセンサＳ１、Ｓ２のそれぞれについて行われる。低倍率系検出センサＳ１で光電変換された電気信号（画像信号）は、ＡＤ変換器AD1でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、画像データとして画像メモリMEM1に記憶される。そして、演算器COM1は、メモリMEM1内の画像データに対してパターンマッチング処理等を実行しながらアライメントマークFXY(FX,FY)をサーチする。
【００３３】
パターンマッチング用のテンプレートは、図２Ｂに例示的に示されるように、例えば、８本の縦線と８本の横線からなる２次元パターンにより構成されうる。テンプレートマッチングでは、テンプレートと厳密に同一形状のマークだけでなく、標準的なマークに対して線幅等が異なるマークも検出できるように、マッチング処理のアルゴリズムが構成されている。すなわち、マークの検出アルゴリズムは、低倍率の視野内にテンプレートと線幅やマーク段差等の構造が異なるもののそれと類似した形状（検出すべき特徴部分が共通している形状）のマークが存在していても検出することができる。
【００３４】
また、２つのテンプレートを備え、例えば図２Ｂに示すような縦８本横８本の線を有することを共通の特徴とするマークと、縦６本横６本の線を有することを共通の特徴とするマーク（不図示）との２種類に分類されるマークをそれぞれ検出することもできる。更に、複数のテンプレートを備えて、その個数に対応する数の種類に分類されるマークをそれぞれ検出することもできる。
【００３５】
なお、アライメントマークの検出には、テンプレートマッチング或いはパターンマッチングの他、種々の方法を適用することができる。
【００３６】
高倍率系と低倍率系の反射光の違いに関しては、センサS1、S2における蓄積時間をそれぞれ調整することなどの方法により、共通の照明光源Ｌｉを使用することができる。
【００３７】
次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、高倍率系（M1,M2,S2）と低倍率系(M1,S1)とを同時に使用するマーク観察の原理を説明する。図８Ａは、高倍率系（M1,M2,S2）の観察可能視野HFを例示的に示している。Ｘ方向用のパターンＦＸ、Ｙ方向用のパターンＦＹは、いずれもウインドウＸ、Ｙに対するずれが殆ど許されていない。
【００３８】
図８Ｂは、低倍率系(M1,S1)の観察可能視野MFを例示的に示している。低倍率系の視野MFは、高倍率系の視野HFより広い視野を有している。高倍率系、低倍率系で同時に観察を行いつつ、演算装置COM1は、低倍率系によるアライメントマークの観察結果に基づき、微小移動量dx,dyを算出する。当該微小移動量dx,dyは、ターゲットアライメントマークＰ１を高倍率系の視野HF内に入れるためにウエハＷを移動させるべき移動量である。
【００３９】
次に、本発明の好適な実施の形態として、図２Ａ及び図２Ｂに示すアライメントマークと図１に示すアライメントスコープＳＣを用いた高速なウエハアライメントを説明する。ハーフミラーM2を透過した光は、高倍率系のセンサS2に導光され、アライメントマークＦＸＹの像をセンサS2の撮像面上に結像する。さらに、ハーフミラーM2で反射された光は、低倍率系のセンサS1に導光され、アライメントマークＦＸＹの像を光電変換素子S1の撮像面上に結像する。
【００４０】
ここで、センサS1,S2にアライメントマークＦＸＹの像を同時に結像させて、アライメントマークＦＸＹを同時に観察することが好ましい。この理由を以下に説明する。低倍率系で求められる図８Ｂに示すずれ量ｄｘ,ｄｙが許容範囲内であれば、高倍率系センサＳ２上には正確な位置計測が可能なアライメントマークＦＸＹの像が結像していることになる。したがって、高倍率系センサS2を使ったアライメントマークＦＸＹの位置検出結果は有効である。
【００４１】
許容範囲とは、図８Ａに示す例では、ウインドウＸ、ウインドウＹにそれぞれＸ方向用のパターンＦＸ（８本の線で構成されるパターン）、Ｙ方向用のパターン（８本の線で構成されるパターン）ＦＹが入っていると判断されるずれ量である。したがって、低倍率系で求められたずれ量ｄｘ,ｄｙが許容範囲内であれば最も高速に高倍率系での正しい検出結果（マークの位置）を得ることができる。逆に、低倍率系で求められたずれ量ｄｘ,ｄｙが許容範囲外であれば、dx，dyだけステージＳＴＧを微動させた後、高倍率系でマーク位置を再度検出すればよい。
【００４２】
次に、図２Ａを参照しながら、低倍率系の視野MF内に同一又は類似の形状（検出すべき特徴部分が共通の形状）の複数のアライメントマークが存在する場合のマーク識別方法について説明する。ここでは、今回のリソグラフィー工程（今回の露光工程）において検出すべきアライメントマーク（すなわち、ターゲットアライメントマーク又は目標とするアライメントマーク）がP1であるものとして説明する。
【００４３】
今回のリソグラフィー工程の前のリソグラフィー工程においても、アライメントが実施されているとする（例えば、今回の露光工程が２回目以降の露光工程である）。例えば、L1,M1,N1,O1といった、古い工程で形成及び使用された同一形状のアライメントマークが今回のターゲットアライメントマークＰ１に隣接して配置されている場合である。或いは、L1,M1,N1,O1,P1は、アライメントマーク構造の最適化のために、それぞれ線幅と凹凸が異なるが類似形状（すなわち、検出すべき特徴部分が共通の形状）のマークである場合もありうる。
【００４４】
この実施の形態では、低倍率系の視野MFの中から今回のターゲットアライメントマークP1だけを探し出して、上記ｄｘ,ｄｙ（高倍率系で観察するための移動量）を求める。そのため、図２Ｂに示すように、アライメントマークＦＸＹを高倍率で計測する上で影響が無い領域に、補助パターンCPa,CPb,CPc,CPdの全部又は一部を付加するか、又は、付加しないことで、ターゲットアライメントマークの識別を可能にしている。例えば、アライメントマークP1には、補助パターンを付加せず、アライメントマークO1には、右上に小型の正方形を付加する。
【００４５】
このように、アライメントマークL1,M1,N1,O1,P1の形成領域内のうち高倍率計測に影響の無い領域に、アライメントマークL1,M1,N1,O1,P1を相互に識別するための補助パターンを追加する。ここで、補助パターンは、デバイスパターン（例えば、回路パターン）を形成するチップ領域以外の領域、典型的にはチップ領域とチップ領域の間に形成することが好ましい。
【００４６】
なお、デバイスパターンの特徴部分（例えば、抽出可能な特徴を有する部分）との相対的な位置関係に基づいてターゲットアライメントマークを識別することも可能である。しかし、この場合、一般的にアライメントマークよりも相当に複雑なパターンを補助パターンとして検出する必要があり演算処理の負担が大きい。
【００４７】
また、この場合、補助パターンは、必然的に製造すべきデバイスのパターンの一部であるので、ターゲットアライメントマークの判定のためのテンプレートは、製造すべき個々のデバイスのパターンに依存する。
【００４８】
更に、この場合、例えば一群のアライメントマークの周辺のデバイスパターンが一様であって何ら特徴部分がないパターンである場合や周期的なパターンである場合などにおいては、補助パターンを決定することができない。すなわち、チップ領域のパターンを補助パターンとして使用することには多大な制約があり、好ましくない。
【００４９】
したがって、上記のように、補助パターンは、チップ領域以外の領域に意図的に形成することが好ましい。すなわち、補助パターンは、位置検出のためのマーク又はパターンの形成が許容されている領域にチップ領域内のパターンとして必然的に形成されるのでなく、アライメントマークの識別を主たる目的として形成することが好ましい。
【００５０】
次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら、補助パターンを利用した複数のアライメントマークの判別方法について説明する。低倍率系(M1,S1)の視野MFの中に図２Ａに示すような状態でアライメントマークが存在すると、低倍率用の演算器COM1によって５個のアライメントマークの位置がそれぞれ検出される。制御装置MCは、５箇所の検出位置のそれぞれについて、図２Ｂに示される補助パターンCPa,CPb,CPc,CPdの有無を判断する。
【００５１】
補助パターンの有無は、補助パターンを形成するための領域を対象として、例えば、テンプレートマッチングを実施すること、又は、コントラスト変化をヒストグラムなどによって分析する方法などによって判断することができる。この実施の形態では、補助パターンを形成するための領域はアライメントマークを形成するために定義された矩形領域の４隅である。
【００５２】
アライメントマークの中心Ｃから各補助パターンまでの距離は等距離でもよいし、互いに異なる距離でもよい。図２Ｂでは、中心Ｃを原点（基準位置）と仮定した時の補助パターンCPaの座標を(Xa，Ya)、補助パターンCPbの座標を(-Xb，Yb)、補助パターンCPcの座標を(Xc,-Yc)、補助パターンCPdの座標を(-Xd,-Yd）としている。このような座標情報は、露光処理に先立って、制御装置ＭＣの内部メモリに読み込まれる。
【００５３】
この例では、各補助パターンが正方形であるが、補助パターンの形状は、正方形以外の形状（例えば、長方形、円形、多角形、模様、数字、記号、文字等）であってもよい。また、センサS1の視野MF内で観察可能であれば、アライメントマークと各補助パターンとの距離は特に制限されず、近くであっても遠くであってもよい。
【００５４】
制御装置MCは、露光処理に先立って、上記の座標情報の他、次の表１に示される情報を内部メモリ（例えば、ＲＡＭ）に読み込み、その情報に基づいてターゲットアライメントマーク（ここでは、Ｐ１）を判別することができる。
【００５５】
【表１】
2007206085.tif 000003
【００５６】
ターゲットアライメントマークP1を識別するには、５箇所のアライメントマークの中から補助パターンの組み合わせが上の表１のＰ１に割り当られた組み合わせに一致するアライメントマークを探せばよい。この例のように、４箇所にそれぞれ補助パターンが存在するか否かによってターゲットアライメントマークを判別する場合、最大で１６個のアライメントマークの中からターゲットアライメントマークを判別することができる。
【００５７】
次いで、図６及び図７を参照しながら本発明の好適な実施の形態のリソグラフィーシステム又は露光装置におけるグローバルアライメントの手順を説明する。なお、図６及び図７のフローチャートに示す処理は、制御装置ＭＣによって制御される。
【００５８】
グローバルアライメントの概略的な手順は、図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０７に示されている。
【００５９】
まず、ステップＳ１０１において、制御装置ＭＣは、ステージ制御装置ＳＴＣに指令を出して、アライメントスコープＳＣの視野内に図４のアライメントマークFXY1が入るようにウエハステージＳＴＧを移動させる。ここで、典型的には、ステージ制御装置ＳＴＣは、ステージ位置計測装置（例えば、レーザー干渉計）ＬＰから提供されるステージＳＴＧの位置情報を考慮しながらステージＳＴＧを目標位置に移動させる。
【００６０】
なお、図４中のFXY1〜FXY4は、それぞれ図８Ａに示すようなパターンで構成されているものとする。また、図２Ａに示すように（図４では省略）、ターゲットアライメントマークFXY1〜FXY4（図２Ａでは、P1）の各周囲には、検出すべき特徴部分がこれらと共通している１又は複数のアライメントマーク（図２Ａでは、L1,M1,N1,O1）が存在する。
【００６１】
次いで、ステップＳ１０２において、制御装置ＭＣは、処理装置Ｐ、アライメントスコープＳＣ、照明光源Ｌｉに指令を出して、アライメントマークFXY1のFX1、FY1の位置を検出させる。FX1、FY1の位置（すなわち、アライメントマークのX方向及びY方向の位置）の検出は、FX1、FY1を観察することにより行われる。検出結果は、処理装置Ｐから制御装置ＭＣに送られる。処理装置Ｐはアライメントマークの位置を検出する検出部として機能する。
【００６２】
ここで、ステップＳ１０２（及び後述のステップＳ１０４）における処理手順をそのフローチャートである図７を参照しながら具体的に説明する。ここでは、高倍率センサＳ２がX方向の位置計測のためのX計測高倍率センサと、Y方向の位置計測のためのY計測高倍率センサとで構成されているものとして説明する。この場合、X計測高倍率センサ及びＹ計測高倍率センサは、例えばラインセンサ等を含んで構成されうる。なお、高倍率センサＳ２は、例えばX方向計測用のマークFX1(FX)及びY方向計測用のマークFY1(FY)を同時に撮像するエリアセンサを含んで構成されてもよい。
【００６３】
この実施の形態では、ステップＳ１１０とステップＳ１１１とステップＳ１１２とを同時に行う。ステップＳ１１０では、高倍率センサＳ２によるX方向計測用のマークFX1(FX)の高倍率撮像を行う。ステップＳ１１１では、Ｙ方向計測用のマークFY1(FY)の高倍率撮像を行う。ステップＳ１１２では、低倍率センサＳ１による低倍率撮像行う。なお、これらの撮像は、必ずしも同時に実施する必要はないが、同時に実施した方が全体的な処理時間を短縮することができる。
【００６４】
更に、この実施の形態では、撮像結果に基づいて、ステップＳ１１３とステップＳ１１４とステップＳ１１５とを並行して実施する。ステップＳ１１３では、高倍率でのマークFXの位置算出を行い、ステップＳ１１４では、マークFYの位置算出を行う。ステップＳ１１５では、低倍率でのターゲットアライメントマークFXY1（図８ＡのFXY）、それ以外のアライメントマーク及び補助パターンの位置の算出を行う。なお、高倍率でのマークFX及びFYの位置算出は、演算装置COM2により実施され、低倍率でのアライメントマークFXY1の位置算出は、演算装置COM1により実施される。
【００６５】
高倍率で撮像した画像には、ターゲットアライメントマークFXY1の画像が含まれない可能性がある。その場合には、ステップＳ１１３、ステップＳ１１４では、誤った位置（座標）がターゲットアライメントマークの位置として算出されるか、又は、位置の算出自体ができない。このような位置検出の失敗の原因は、例えば、メカニカルアライメント装置ＭＡによるアライメントの不良等である。一方、低倍率系の視野MFは、このような誤差を許容するように設計されているので、ターゲットアライメントマークを撮像することができる。
【００６６】
ステップＳ１１５では、低倍率系(M1,S1)の視野MF内の全てのアライメントマークL1,M1,N1,O1,P1（ターゲットアライメントマークはP1）及び補助パターンCPa,CPb,CPc,CPdについて、X方向及びY方向の位置が算出される。
【００６７】
ステップＳ１１５に次いで、ステップＳ１１６では、制御装置ＭＣは、ステップＳ１１５の算出結果及び表１に示す情報（制御装置ＭＣに予め読み込まれた情報）に基づいて、複数のアライメントマークの中からターゲットアライメントマークＰ１を識別する。制御装置ＭＣは、複数のアライメントマークの中からターゲットアライメントマークを識別する識別部として機能する。
【００６８】
ステップＳ１１６に次いで、ステップＳ１１７において、制御装置ＭＣは、図８Ｂに示すように、ターゲットアライメントマークＰ１を高倍率センサＳ２の視野ＨＦに移動させるためのウエハＷの移動量（Fine計測用ずらし量）dx,dyを算出する。制御装置ＭＣは、ターゲットアライメントマークの位置を算出する算出部としても機能する。
【００６９】
次いで、ステップＳ１１８において、制御装置ＭＣは、ステップＳ１１７で算出した移動量dx,dyが許容範囲内であるか否かを判断する。ここで、許容範囲とは、ウエハＷを移動させなくても高倍率センサＳ２を使ってターゲットアライメントマークＰ１の位置を検出することができるような位置ずれ量の範囲である。
【００７０】
判断の結果、移動量dx,dyが許容範囲であれば、制御装置ＭＣは、そのまま処理をステップＳ１２４に進める。そして、制御装置ＭＣは、ステップＳ１１３及びステップＳ１１４で算出したマークＦＸ１の位置及びマークＦＹ１の位置をターゲットアライメントマークＦＸＹ１（Ｐ１）のＸ方向及びＹ方向の位置として決定する。そして、制御装置ＭＣは、ステップＳ１０３に進むる（メインルーチンに戻る）。
【００７１】
一方、判断の結果、移動量dx,dyが許容範囲外であれば、制御装置ＭＣは、ステップＳ１１９において、ステージ制御装置ＳＴＣに指令を出して、ウエハステージＳＴＧ（すなわち、ウエハＷ）を、ずれ量dx,dyを修正するように、微小移動させる。これにより、複数のアライメントマークのうちターゲットアライメントマークＰ１が高倍率センサＳ２の視野内に入る。
【００７２】
次いで、制御装置ＭＣは、ステップＳ１２０、ステップＳ１２１において、高倍率センサＳ２によるX方向計測用のマークFX1(FX)の高倍率撮像及びＹ方向計測用のマークFY1(FY)の高倍率撮像を、好ましくは同時に、実施する。
【００７３】
次いで、制御装置ＭＣは、ステップＳ１２２、ステップＳ１２３において、マークFXの位置算出及びマークFYの位置算出を並行して実施する。これにより、ターゲットアライメントマークＦＸＹ１のＸ方向及びＹ方向の位置が正確に算出（検出）される。
【００７４】
以上のように、この実施の形態では、アライメントマークを高倍率及び低倍率で同時に撮像することができるように構成されたアライメントスコープＳＣを設ける。これによりウエハＷを停止させた状態で高倍率及び低倍率での撮像を好適には同時に実施する。そして、高倍率での撮像結果に基づいてアライメントマークの位置を検出するとともに、低倍率での撮像結果に基づいてターゲットアライメントマークを識別しその位置（及び位置ずれ量）を検出する。ただし、位置が検出されたアライメントマークは、ターゲットアライメントマークであるか否かは不明である。
【００７５】
ターゲットアライメントマークの位置に基づいて、高倍率で位置が検出されたアライメントマークがターゲットアライメントマークであるか否かを判定する。そして、高倍率で位置が検出されたアライメントマークがターゲットアライメントマークである場合には、高倍率での位置検出結果をターゲットアライメントマークの位置検出結果をして使用する。そうでない場合には、識別されたターゲットアライメントマークを高倍率で観察可能な位置にウエハＷを移動させて、そのターゲットアライメントマークの位置を高倍率で検出する。
【００７６】
これにより、最初からターゲットアライメントマークが高倍率センサＳ２の視野ＨＦ内に入っており、最初からターゲットアライメントマークの位置が検出された場合には、1回の位置検出動作によりターゲットアライメントマークの位置を検出することができる。したがって、この実施の形態によれば、グローバルアライメントを高速化することができる。
【００７７】
更に、図６に戻って説明を続ける。ステップＳ１０２においてアライメントマークFXY1の位置が算出される。その後、制御装置ＭＣは、ステージ制御装置ＳＴＣに指令を出して、アライメントスコープＳＣの視野内に図４のアライメントマークFXY2が入るようにウエハステージSTGを移動させる。そして、制御装置ＭＣは、アライメントマークFXY2について、ステップＳ１０２（図７）と同様の処理を実施することにより、アライメントマークFXY2のＸ方向及びＹ方向の位置を算出する。
【００７８】
２つのアライメントマークFXY1,FXY2の位置が検出されると、チャックCH上のウエハWの位置を概略的に求めることができる。そこで、この実施の形態では、アライメントマークFXY1,FXY2の位置検出結果に基づいて、他のアライメントマークFXY3(FX3,FY3),FXY4(FX4,FY4)を高倍率センサＳ２の視野ＨＦ内に移動させるための目標位置を算出する。
【００７９】
ここで、アライメントマークFXY3(FX3,FY3),FXY4(FX4,FY4)の目標位置は、例えば、次のようにして算出することができる。まず、２つのアライメントマークFXY1,FXY2のＸ方向及びＹ方向の位置に基づいて、X方向ずれ量（ShiftX）,Y方向ずれ量（Shift Y）、回転成分θ、ウエハ倍率成分Magを求める。Shift X,Shift Y及びθは、ウエハＷがチャックCHに載置された際のずれ量であり、メカニカルアライメントのオフセットである。Magは、ウエハＷ上のショットパターンの伸び量である。
【００８０】
これらの量が大きいと、第3、第4のアライメントマークFXY3、FXY4の設計上の位置に基づいて、それらをアライメントスコープＳＣの真下に移動させても、それらはアライメントスコープＳＣの高倍率系(M1,M2,S2)の視野内に入らない。
【００８１】
そこで、θ、Mag、ShiftX,Shift Yの量に基づいて、ウエハのショットレイアウトとステージ座標系とのずれを計算する。すなわち、ウエハＷ上の格子をステージＳＴＧの格子に合わせる際の微小補正量を求める。この微小補正量によりアライメントマークFXY3(FX3,FY3),FXY4(FX4,FY4)の目標位置を補正する。そのことにより、低倍率センサＳ１を使うことなく、FXY3(FX3,FY3),FXY4(FX4,FY4)を高倍率センサＳ２の視野ＨＦ内に移動させることができる。
【００８２】
なお、θ成分の補正（例えば、チャックＣＨ又はステージＳＴＧによりウエハＷを回転させる）を行うことによりθ成分のずれがない状態で第３、第４アライメントマークFXY3、FXY4を観察することができる。しかし、この場合、回転動作を伴うので全体的な処理時間が長くな。そこで、θ成分の補正を行わない方が処理時間の観点で有利である。
【００８３】
制御装置ＭＣは、ステップＳ１０６において、アライメントマークFXY3(FX3,FY3)を上記の補正された目標位置にしたがってアライメントスコープＳＣの直下に移動させて、その位置を高倍率センサＳ２を用いて検出する。制御装置ＭＣは、ステップＳ１０７において、アライメントマークFXY4(FX4,FY4)を上記の補正された目標位置にしたがってアライメントスコープＳＣの直下に移動させて、そのの位置を用いて検出する。これによりグローバルアライメントが完了する。
【００８４】
なお、図1に示す構成例は、オフアクシスアライメント方式のリソグラフィーシステム又は露光装置であるが、低倍率及び高倍率でアライメントマークを同時に観察することが可能であれば、あらゆるアライメント方式を採用することができる。すなわち、本発明は、例えば、投影光学系LENSを通してアライメントマークを観察するTTLアライメント方式や、レチクルRを通してアライメントマークを観察するTTRアライメント方式にも適用することができる。
【００８５】
また、グローバルアライメントにおいて検出すべきアライメントマークの個数や、低倍率系の視野に入りうるアライメントマークの個数は特に限定されない。
【００８６】
また、視野内に入る複数のアライメントマークの中からターゲットアライメントマークを識別する方法は、上記のような低倍率系と高倍率系での同時観察が可能なリソグラフーシステム或いは露光装置に適用することが好ましい。しかし、低倍率系での観察結果に基づいて高倍率系でアライメントマークを観察するタイプにも適用することができる。具体的には、本発明は、低倍率系でアライメントマークを観察してターゲットアライメントマークを識別及び位置検出する（S112、S115、S116）。そして、ずらし量dx、dyを算出し（S117）、ステージSTGをdx,dyだけ移動させる（S119）。そして、高倍率系でターゲットアライメントマークの位置を検出（S120,S121,S121,S122）するようなシーケンシャルな処理にも適用することができる。
【００８７】
この場合、シーケンシャルな処理の実行により、グローバルアライメントに要する時間は長くなる。しかし、低倍率及び高倍率での同時計測ができないような従来のようなハードウエア構成であっても、視野内に複数のアライメントマークが存在する場合にその中からターゲットアライメントマークを識別することができる。
【００８８】
アライメントマークを識別するための補助パターンは、図２Ｂに示す例に限定されず、アライメントマークを識別することができる限り、あらゆる形状、配置を採用することができる。例えば、図２Ｃに示すように、アライメントマークごとに異なる補助パターン（識別マーク）を使用することもできるし、図２Ｄに示すのように、アライメントマークを形成するために定義された領域ＤＡの外側に補助パターン（識別マーク）ＩＰを配置し得る。その場合、低倍率の視野内に存在する複数のアライメントマークの位置を算出する。その後に、それぞれの位置（例えば、中心位置）から予め定められた位置関係にある補助パターンＩＰの形状を各補助パターン用のテンプレートを使ったテンプレートマッチングなどの画像処理によって検出する。それにより、ターゲットアライメントマークを識別することができる。
【００８９】
更に、図２Ｅのように、X方向計測用マークＦＸ及びY方向計測用マークＦＹからなるアライメントマークＦＸＹにおいて、各アライメントマークの一部を他のアライメントマークと異なる態様かつ計測に影響しないよう変形させる。これによりアライメントマークを識別することも可能である。この場合、変形した部分（図２Ｅにおいては、突出した部分）が補助パターンであると言える。識別の方法としては、該当する部分の長さ等の寸法を計るなど、様々な方法を適用可能である。
【００９０】
［第２の実施の形態］
同一視野内の複数のアライメントマークからターゲットアライメントマークを識別する他の実施の形態を説明する。なお、基本的なハードウエア構成、アライメントマーク及び計測のフローは、第１の実施の形態と同様であるので、ここではそれらの説明を省略し、相違点のみ説明する。
【００９１】
図３Ａに示すように、ターゲットアライメントマークP1が低倍率センサＳ１の視野ＭＦから外れている場合、該ターゲットアライメントマークP1の位置検出は、通常は不可能である。しかし、ターゲットアライメントマークP1以外のアライメントマークL1,M1,N1が視野ＭＦ内に存在する。アライメントマークP1とアライメントマークL1,M1,N1のそれぞれとの位置関係が既知であるとする。そうすれば、ステップＳ１１７において、Fine用ずらし量dx,dy或いはアライメントマークＰ１の位置の算出が可能である。
【００９２】
例えば、アライメントマークL1をその補助パターンによって識別でき、その位置が検出できたとすると、アライメントマークL1とターゲットアライメントマークP1とのＸ、Ｙ方向の相対距離は、Kx,Kyである。視野ＭＦ内で検出されたアライメントマークL1の視野中心ＦＣからのずれ量がMX，MYであったとすると、高倍率系によるFine計測のためにステージＳＴＧを移動させるべき量dx,dyは、dx=Mx+Kx,dy=My+Kyの式によって算出される。
【００９３】
このようにターゲットアライメントマークが視野内にない場合やターゲットアライメントマークを識別できない場合であっても、その周辺のアライメントマークを識別しその位置を検出することができるとする。そうすれば、それとターゲットマークとの既知の位置関係に基づいて、ターゲットマークの位置を算出し、そのターゲットマークを高倍率系の視野ＨＦに移動させて高倍率で位置を検出することができる。
【００９４】
［第３の実施の形態］
同一視野内の複数のアライメントマークからターゲットマークを識別する他の実施の形態を説明する。なお、基本的なハードウエア構成、アライメントマーク及び計測のフローは、第１の実施の形態と同様なので、それらについての詳細は省略し、相違点のみを説明する。
【００９５】
通常、ウエハはロット単位で処理されることが多く、各ロットは同一の製造装置で処理される。メカニカルアライメントの再現性が高いとする。１枚目のウエハについて算出されたShift X, Shift Y及びθは、メカニカルアライメントのオフセットである。そうすると、２枚目のウエハは予めShift X, Shift Y、θだけずらしてステージＳＴＧ上にウエハを置くことによって、メカニカルアライメントのオフセット誤差は０に近づく。
【００９６】
よって、同一視野内に複数のアライメントマークが観察されても、ターゲットアライメントマークは視野の中心で撮像されることになる。そこで、図３Ｂに示されるように、視野ＭＦ内でアライメントマークを探すためのサーチ範囲SAを視野ＭＦの中心付近に限定し、そのサーチ範囲SA外のアライメントマークを探さないようにすることが好ましい。ただし、サーチ範囲SAは、高倍率の視野HFより大き目であって、かつ、許容するメカニカルアライメント誤差の範囲内で必ずターゲットアライメントマークを観察できる範囲とする。これにより、ターゲットマークを探すための画像処理に要する時間が短縮される。
【００９７】
勿論、メカニカルアライメント精度及び再現性が高く、Shift X、Shift Yの量が高倍率での検出の際の許容範囲内に入るのであれば、低倍率系でのターゲットアライメントマークの位置検出及びそれに基づくウエハの移動は省略することができる。
【００９８】
［第４の実施の形態］
同一視野内のアライメントマークからターゲットアライメントマークを識別する他の実施の形態を説明する。第１〜第３の実施の形態では、ターゲットアライメントマークに補助パターンを付加し、補助パターンを利用してターゲットアライメントマークを判別する。第４の実施の形態は、補助パターンを利用することなく、視野内に存在する複数のアライメントマークからターゲットアライメントマークを判別する方法を提供する。なお、基本的なハードウエア構成、アライメントマーク及び計測のフローは、第１の実施の形態と同様なので、それらについての詳細は省略し、相違点のみを説明する。
【００９９】
図３Ｃに示す例では、ターゲットアライメントマークP1とそれ以外の複数のアライメントマークL1,M1,N1,O1が低倍率の視野ＭＦ内に存在する。ここで、図３Ｃに示す例では、アライメントマーク間の距離が視野ＭＦ内で相互に相違するように、それぞれのアライメントマークの位置が決定されている。すなわち、図３Ｃに示す例では、SPX1,SPX2,SPY1,SPY2，SPY3を相互に異なる長さとして設計している。
【０１００】
複数のアライメントマークのうち少なくとも一部の間の距離が検出されればターゲットアライメントマークの位置を算出することができる。例えば、視野ＭＦ内で２つ以上のアライメントマークの位置を検出することができれば、ステップＳ１１６において、それらの相対的な位置関係に基づいてそれらのアライメントマークを識別する。ステップＳ１１７において、識別したアライメントマークとターゲットアライメントマークとの既知の位置関係に基づいてターゲットアライメントマークの位置（及び必要な移動量dx,dy）を検出することができる。
【０１０１】
このようにしてターゲットアライメントマーク（例えば、Ｐ１）の位置が検出されると、そのターゲットアライメントマークを高倍率で観察するために必要な移動量dx,dyを算出する。そして、その移動量にしたがってステージＳＴＧを移動させてそのターゲットアライメントマークを高倍率で観察して位置を検出することができる。
【０１０２】
［第５の実施の形態］
同一視野内の複数のアライメントマークからターゲットマークを識別する他の実施の形態を説明する。第５の実施の形態は、補助パターンを用いることなく、かつ、複数のアライメントマーク間の距離を異ならせることなく、視野内に存在する複数のアライメントマークの中からターゲットマークを識別する方法を説明する。なお、基本的なハードウエア構成、アライメントマーク及び計測のフローは、第１の実施の形態と同様なので、それらについての詳細は省略し、相違点のみを説明する。
【０１０３】
本実施の形態では、図３Ｄに示すように、アライメントマークL1〜Q1の少なくとも一部が観察視野内（ＭＦ内）に存在する場合、観察視野ＭＦ内で検出されるアライメントマークの位置と個数に基づいて、ターゲットアライメントマークの位置を検出する。以下、アライメントマークL1〜Q1のうち、ターゲットアライメントマークをＰ１として説明する。
【０１０４】
まず、図３Ｄに示すように、ターゲットアライメントマークＰ１を含めて全てのアライメントマークL1〜Q1が視野ＭＦ内に存在する場合について考える。この場合は、アライメントマークL1〜Q1の集合体におけるターゲットアライメントマークＰ１の既知の位置（ここでは、第２行の第２列）に基づいて、ターゲットアライメントマークＰ１を識別するとともに、その位置を検出することができる。
【０１０５】
次に、視野MF内において全てのアライメントマークのうち一部のアライメントマークのみが検出される場合も含め、図３Ｅを参照しながらターゲットマークを推定（決定）する方法を述べる。ここでは、視野MFの左下の頂点を座標系の原点（０，０）として説明する。この場合、視野MFは、座標件の第１象現である。
【０１０６】
また、視野ＭＦのｘ方向のサイズをＡｘ、ｙ方向のサイズをＡｙとし、アライメントマークのｘ方向の間隔をＭｘ、ｙ方向の間隔をＭｙとする。また、アライメントマークは、Ｎｘ（列数）×Ｎｙ（行数）個が２次元に配列されており、次の条件を満たすものとする。
【０１０７】
Ａｘ＞Ｍｘ＊（Ｎｘ−１）
Ａｙ＞Ｍｙ＊（Ｎｙ−１）
ここでは、２次元に配列されたアライメントマーク群の先頭をアライメントマーク群の左下のアライメントマークと定義する。そして、視野ＭＦ内で検出された複数のアライメントマーク座標を（Ｘij，Ｙij）｛ｉ＝１,２,・・・,ｋ、ｊ＝１,２,・・・,ｌ、ｋ≦Ｎｘ、ｌ≦Ｎｙ｝とする。
【０１０８】
以下、上記の定義の下で、ターゲットマークの位置（座標）及びターゲットマークへの移動量（ずれ量）を決定する方法を述べる。なお、以下では、一例として、Ｙ方向におけるアライメントマークの検出個数（視野内で位置を検出することができた個数）と位置（座標）に基づいてターゲットマークＰ１を識別する方法を説明する。
【０１０９】
視野MF内において検出することができたアライメントマークの個数がｌ（＜Ｎｙ）である場合は、ｙ方向に並んでいるＮｙ個のアライメントマークの上部又は下部が視野MFからはみ出している。なお、ｌ＝Ｎｙである場合には、ｙ方向へのアライメントマークのはみ出しはない。
【０１１０】
最初に、アライメントマーク群が視野ＭＦ内において上方、下方のいずれの方向に移動しているかを判定する。この判定は、例えば次の方法で行うことができる。まず、検出できたアライメントマークについて、ｙ方向における平均位置Meanyを求める。
【０１１１】
【数１】
2007206085.tif 000004
【０１１２】
次いで、Meanyと視野MFの中心Ａｙｃ＝Ａｙ／２とを比較し、Meany＞Ａｙｃならば上方へ移動、Meanｙ＜Ａｙｃならば下方に、視野MF内においてアライメントマーク群が移動していると判断される。
【０１１３】
次いで、アライメントマーク群の先頭座標を計算する。前述のように、ここでは、先頭座標は、ｙ方向の最も下側、ｘ方向の最も左側のアライメントマークの座標とする。上記の比較結果からアライメントマーク群が視野ＭＦ内において上方へ移動している判断されたとする。そうすると、先頭のアライメントマークの位置Ｔｏｐｙは、検出されたアライメントマーク位置のうちｙ座標が最小のアライメントマーク位置Ｍｉｎｙ＝Ｍｉｎ（ｙ1j｛ｊ＝１,２,・・・,ｌ｝）である。
【０１１４】
一方、アライメントマーク群が視野MF内において下方に移動している判断されたならば、先頭のアライメントマークは視野ＭＦからはみ出している可能性がある。検出されたアライメントマーク位置の中でｙ座標が最大のアライメントマークＭａｘｙ＝Ｍａｘ（ｙ1j｛j＝１,２,・・・,ｌ｝）は、アライメントマーク群の左上隅のアライメントマークの位置である。よって、Ｍａｘｙ−Ｍｙ＊（Ｎｙ−１）で計算される座標が先頭のアライメントマークの位置である。ｘ方向に関しても同様の演算で先頭のアライメントマーク位置を決定し、アライメントマーク群の左下隅にある先頭アライメントマークの座標を決定することができる。
【０１１５】
以上を整理すると、次の条件式にしたがって先頭のアライメントマークの座標を決定することができる。
【０１１６】
Ｉｆ（Ｍｅａｎｘ≧Ａｘｃ）
Ｔｏｐｘ＝Ｍｉｎ（ｘi1｛ｉ＝１,２,・・・,ｋ｝）
Ｉｆ（Ｍｅａｎｘ＜Ａｘｃ）
Ｔｏｐｘ＝Ｍａｘ（ｘi1｛ｉ＝１,２,・・・,ｋ｝）−Ｍｘ＊（Ｎｘ−１）
Ｉｆ（Ｍｅａｎｙ≧Ａｙｃ）
Ｔｏｐｙ＝Ｍｉｎ（ｙ1j｛ｊ＝１,２,・・・,l｝）
Ｉｆ（Ｍｅａｎｙ＜Ａｙｃ）
Ｔｏｐｙ＝Ｍａｘ（ｙ1j｛ｊ＝１,２,・・・,ｌ｝）−Ｍｙ＊（Ｎｙ−１）
次いで、先頭のアライメントマーク座標（Ｔｏｐｘ，Ｔｏｐｙ）に基づいてターゲットマーク座標を推定する。ターゲットアライメントマークと先頭アライメントマークの相対距離（Ｔｄｘ，Ｔｄｙ）は既知である。よって、次の演算によってターゲットアライメントマーク座標（Ｔｘ，Ｔｙ）の位置が算出される。
【０１１７】
Ｔｘ＝Ｔｏｐｘ＋Ｔｄｘ
Ｔｙ＝Ｔｏｐｙ＋Ｔｄｙ
最後に、次の式にしたがって、視野MF中心からターゲットアライメントマークまでの距離を求め、ターゲットアライメントマークの中心を高倍率系の視野HFの中心で観察するために必要なステージＳＴＧの移動量（ｄｘ，ｄｙ）を算出する。
【０１１８】
ｄｘ＝Ａｘ／２−Ｔｘ
ｄｙ＝Ａｙ／２−Ｔｙ
極端な場合、アライメントマークが視野ＭＦ内において１個だけ検出された場合でも、アライメントマーク群がどちらの方向に移動したかを判断し、視野ＭＦ内に存在しないターゲットアライメントマークの座標及び必要なステージ移動量を決定することができる。もちろん全てのアライメントマークの位置が検出された場合も、上記の方法にしたがって、ターゲットアライメントマークの座標及び必要なステージ移動量を決定することができる。
【０１１９】
具体的に、図３Ｅの例について説明する。図３Ｅの例では、Ｎｘ＝２，Ｎｙ＝３である。６個のアライメントマーク群は視野ＭＦ内において右下方向に移動している。位置を検出することができるアライメントマークはＬ１，Ｏ１であり、ターゲットアライメントマークはＰ１とする。検出できたアライメントマークの座標の平均値Ｍｅａｎｘ，Ｍｅａｎｙを視野中心Ａｘｃ，Ａｙｃ比較すると、Ｍｅａｎｘ＞Ａｘｃ，Ｍｅａｎｙ＜Ａｙｃである。
【０１２０】
Ｍｅａｎｘ＞Ａｘｃであるので、検出できているアライメントマークのｘ座標の最小値Ｍｉｎｘを選択し、Ｔｏｐｘ＝Ｍｉｎｘとする。
【０１２１】
また、Ｍｅａｎｙ＞Ａｙｃであるので、検出できているアライメントマークのｙ座標の最大値を選択し、Ｔｏｐｙ＝Ｍａｘｙ−Ｍｙ＊（３−１）とする。
【０１２２】
６個のアライメントマーク群の先頭のアライメントマークとターゲットアライメントマークＰ１との距離Ｔｄｘ，Ｔｄｙは既知なので、ターゲットアライメントマークＰ１の座標（Ｔｘ，Ｔｙ）を次式にしたがって計算することができる。
【０１２３】
Ｔｘ＝Ｔｏｐｘ＋Ｔｄｘ
Ｔｙ＝Ｔｏｐ＋Ｔｄｙ
そして、ターゲットアライメントマークＰ１を視野ＭＦ（及びＨＦ）の視野中心へ移動させるための移動距離を次式にしたがって計算することができる。
【０１２４】
ｄｘ＝Ａｘ／２・Ｔｘ
ｄｙ＝Ａｙ／２・Ｔｙ
このように、視野内においてターゲットマークを特定できない場合であっても、検出されたアライメントマークの位置と個数から全体のアライメントマークの個数及びアライメントマーク群におけるターゲットアライメントマークの相対位置が既知であるとする。そうすれば、ターゲットマークの位置を検出することができ、高倍率での検出するためにステージＳＴＧを移動させる際の移動量ｄｘ，ｄｙを算出することができる。この移動量にしたがってステージＳＴＧを移動させることにより、高倍率系の視野ＨＦ内にターゲットアライメントマークを移動させ、その位置を高倍率で検出することができる。
【０１２５】
以上のように、本実施の形態によれば、視野ＭＦ内において検出されたアライメントマークの個数と位置に基づいて、ステップＳ１１７において、ターゲットアライメントマークの位置を検出する。すなわち、アライメントマークの集合体におけるターゲットアライメントマークの既知に相対位置を考慮して、ターゲットアライメントマークの位置を検出する。そして、そのターゲットアライメントマークを高倍率で観察するために必要な移動量dx,dyを算出し、その移動量にしたがってステージＳＴＧを移動させてそのターゲットアライメントマークを高倍率で観察して位置を検出することができる。
【０１２６】
［第６の実施の形態］
上記のようなアライメントマークを識別するための補助パターンは、典型的には、レチクルＲに形成されたパターンをウエハ上に転写することによって形成することができる。この実施の形態では、レチクル以外による補助パターンの転写方法を提供する。
【０１２７】
図２Ａに示すように、半導体製造の各工程毎にアライメントマーク及び補助パターンをレチクルＲに描画し、そのレチクルＲを用いてアライメントマーク及び補助パターンをウエハに露光することは、レチクルデザインの制約になる。そこで、露光装置の機能を利用して補助パターンをウエハに転写することが好ましい。この場合、レチクルＲに描画すべきマーク或いはパターンは、アライメントマーク（及びデバイスパターン）のみである。
【０１２８】
図５Ａは、本発明の好適な実施の形態の露光装置の概略構成を示す図である。なお、図１と共通する構成要素には、共通の符号が付されている。また、図５Ａでは、アライメントスコープＳＣ、処理装置Ｐ、照明光源Ｌｉ、メカニカルアライメント装置ＭＡが作図の簡略化のために省略されている。
【０１２９】
グローバルアライメントが終了すると、露光装置は、ステップアンドスキャン露光、あるいはステップアンドリピート露光を行って、レチクルＲ上のパターンをウエハW上に転写する。その際、幾つかのアライメントマークＦＸＹも同時に転写される。その後、露光装置は、アライメントマークＦＸＹの定義領域内又はその周囲に補助パターンを付加する工程を実施する。
【０１３０】
図５Ａに示されるレチクルＲ面に置かれている基準プレートPLには、図５Ｂのように補助パターン形成用のパターンLM,MM,NM,OMが予め形成されている。そして、マスキングブレードMSを駆動することにより、照明系ＩＬからの露光光が基準プレートPLの特定の領域にだけ照射されるようにする。レチクルＲ及び基準プレートPLを載置されたレチクルステージ（マスクを保持する保持部）RSTGは、位置検出装置（例えば、干渉計）によってその位置が正確に測定されながら、不図示のリニアモータによって駆動される。そして、基準プレートPL上の該当するパターンが露光用の領域内に移動させられる。ウエハＷが載置されたステージ（物体を保持する保持部）STGは、ウエハＷ上のアライメントマークを形成すべき位置がブレードMSを通過した露光光による露光領域に一致するようにウエハＷを移動させる。
【０１３１】
例えば、図２Ａに示すアライメントマークO1及びその補助パターンを形成する例を説明する。まず、デバイスパターンを投影露光する際に、デバイスパターンと共にアライメントマークO1に対応するパターン（これらは、共にレチクルＲに形成されている）をウエハＷに転写する。
【０１３２】
次いで、アライメントマークO1を識別するための補助パターンを形成するための基準プレートPL上のパターンOMをウエハＷの所定位置（ここでは、アライメントパターンO1の定義領域内）に転写する。その際、図５Ｃに示されるように、ブレードMSは基準プレートPLの領域OMだけを照明するように位置が制御される。
【０１３３】
アライメントマークL1,M1,N1,P1用の補助パターンも同様に、対応するデバイスパターン及びアライメントマークL1,M1,N1,P1をそれそれ転写する都度、その後に、マスクパターンLM,MM,NMをそれぞれ転写すればよい。
【０１３４】
更に、基準プレートPL上に複数種類の補助パターン用のマスクパターンを準備する代わりに、補助パターン用のマスクパターンを１つだけ準備する。そして、アライメントマークの中心を基準として図２Ｂに示されるCPa,CPb,CPc,CPdの位置に、そのマスクパターンを転写してもよい。これは、例えば、ブレードMSを図５ＢのマスクパターンOMの領域だけを照明するように位置決めし、CPa，CPb，CPc，CPdの位置にマスクパターンOMが転写されるように、ウエハステージＳＴＧの位置を制御すればよい。
【０１３５】
補助パターン用のマスクパターンは、図５Ｂに示す形状に限定されず、例えば、図2Ｃ、図２Ｄに例示的に示すように、四角形、十字形、♯形状の補助パターンを転写することができるように構成されてもよい。或いは、補助パターン用のマスクパターンは、図２Ｅに例示的に示すようにアライメントマークの一部を延長させて、延長部分を補助パターンとするように構成されてもよい。
【０１３６】
これらの補助パターンの転写動作は、リソグラフィーシステムのジョブの設定によって制御することができる。ジョブには、アライメントマークの露光の際、その後又は前に、どのタイプの補助パターンを転写するかが設定され、その設定に基づいて、ブレードMS、ウエハステージＳＴＧの駆動位置が制御装置MCによって制御されうる。
【０１３７】
［デバイス製造方法］
以下、上記の実施の形態により例示的に説明された本発明の露光装置の適用例としてデバイス製造方法を説明する。
【０１３８】
図９は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ1（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、ステップ3（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０１３９】
ステップ4（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。
【０１４０】
ステップ6（検査）ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ7）する。
【０１４１】
図１０は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ11（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ13（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。
【０１４２】
ステップ16（露光）では上記の露光装置によって回路パターン（デバイスパターン）をウエハに転写する。この際、回路パターンとともにチップ領域間又はスクライブラインに、アライメントマーク（位置検出用マーク）及び補助パターンが転写される。ここで、補助パターンは、露光装置に備えられた補助パターン用マスクを使ってウエハに転写されてもよい。
【０１４３】
ステップ17（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ18（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【０１４４】
以上のように、本発明の好適な実施の形態によれば、複数のアライメントマーク（位置検出用マーク）の中から目的とするアライメントマークを識別し、及び／又は、その位置を検出することができる。ここで、目的とするアライメントマークは、例えば、補助マークを利用して識別することができる。補助マークは、位置検出のためのマーク又はパターンの形成が許容されている領域、例えば、チップ領域とチップ領域の間の領域であることが好ましい。補助マークは、例えば、原版をウエハに投影することにより、デバイスパターン及びアライメントマークと共にウエハに転写されてもよいし、露光装置に設けられた補助パターン用のマスクを使ってウエハに転写されてもよい。後者によれば、マスク又はレチクル等の原版を作成する際に補助パターンを形成する必要がなく、原版作製時の制約が軽減される。
【０１４５】
目的とするアライメントマークは、複数のアライメントマーク間の距離を異ならせ、観察時にアライメントマーク間の距離を検出することによっても識別することができる。目的とするアライメントマークがアライメントスコープ等の観察装置の視野内に入っていない場合、アライメントマーク間の距離に基づいて複数のアライメントマークのいずれかを識別するとともにその位置を検出する。そうすることができれば、その位置に対して相対的な位置が既知である、目標とするアライメントマークの位置を検出することができる。
【０１４６】
或いは、目的とするアライメントマークは、観察される複数のアライメントマークの集合体の配置に基づいて識別することもできる。すなわち、集合体中における、目的とするアライメントマークの位置は既知であるので、集合体の観察が可能であれば、目的とするアライメントマークを識別し、その位置を検出することができる。
【０１４７】
或いは、目的とするアライメントマークの位置は、観察系の視野内に存在するアライメントマークの位置を検出し、位置が検出された位置検出マークの個数と該視野内における検出位置に基づいて算出することもできる。
【０１４８】
このようなアライメントマークの識別方法は、グローバルアライメントの他、ダイバイダイアライメントにも適用することができる。
【０１４９】
更に、アライメントマークを高倍率系と低倍率形で同時に観察し、低倍率系での観察結果が、高倍率系の視野内に目的とするアライメントマークが観察可能な状態で入っていることを示しているとする。その場合には、高倍率系による一回目の位置検出結果を採用する。そうでない場合には、低倍率系による観察結果に基づいてウエハ又は高倍率系を移動させ、高倍率系の視野内に目的とするアライメントマークを入れてその位置を高精度に検出することが好ましい。これにより、グローバルアライメント等のアライメントを高速化し、高いスループットを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の好適な実施の形態のリソグラフィーシステム（露光装置）の構成を概略的に示す図である。
【図２Ａ】低倍率の視野内で観察されるアライメントマークの集合体の一例である。
【図２Ｂ】ターゲットアライメントマークを識別するための補助パターンを説明するための図である。
【図２Ｃ】補助パターンの例を示す図である。
【図２Ｄ】補助パターンの例を示す図である。
【図２Ｅ】補助パターンの例を示す図である。
【図３Ａ】低倍率の視野内で部分的に観察されるアライメントマークの集合体の一例である。
【図３Ｂ】サーチ範囲の変更を説明するための図である。
【図３Ｃ】アライメントマークの配置例を示す図である。
【図３Ｄ】アライメントマークの配置例を示す図である。
【図３Ｅ】低倍率の視野内で部分的に観察されるアライメントマークの集合体の一例である。
【図４】ウエハ上のショット領域及びグローバルアライメントマークを示す図である。
【図５Ａ】補助パターンの転写機能を有する本発明の好適な実施の形態のリソグラフィーシステム（露光装置）の構成を概略的に示す図である。
【図５Ｂ】補助パターンの転写機能を説明するための図である。
【図５Ｃ】補助パターンの転写機能を説明するための図である。
【図６】本発明の好適な実施の形態のリソグラフィーシステム又は露光装置におけるグローバルアライメントの手順を説明するフロー図である。
【図７】本発明の好適な実施の形態のリソグラフィーシステム又は露光装置におけるグローバルアライメントの手順を説明するフロー図である。
【図８Ａ】アライメントマークの構成例を示す図である。
【図８Ｂ】アライメントマークを高倍率センサの視野内に移動させる様子を模式的に示す図である。
【図８Ｃ】低倍率センサの視野内のアライメントマークの集合体を示す図である。
【図９】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【図１０】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【符号の説明】
【０１５１】
W:ウエハ
CH:チャック
STG:ステージ
P:処理装置
Li:アライメントマーク照明光源
LP:ステージ位置計測装置
STC:ステージ制御装置
MC:制御装置
MA:メカニカルアライメント装置
R:レチクル
PL:レチクル基準プレート
MS:ブレード
SC:アライメントスコープ
S1:低倍検出センサ
S2:高倍検出センサ
M1,M2:ミラー
AD1,AD2:ＡＤ変換器
MEM1,MEM2:メモリ
COM1,COM2:演算器
IL:照明系
FX,FXY1〜FXY4：グローバルアライメントマーク
N:ノッチ
L1、M1、N1、O1、P1、Q1：アライメントマーク
LM、MM、NM、OM：補助パターンマスク
MF：低倍系視野
HF：高倍系視野
SA：サーチ範囲
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2007206085.tif 000009
【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2007206085.tif 000014
【図３Ｅ】
2007206085.tif 000015
【図４】
2007206085.tif 000016
【図５Ａ】
2007206085.tif 000017
【図５Ｂ】
2007206085.tif 000018
【図５Ｃ】
2007206085.tif 000019
【図６】
2007206085.tif 000020
【図７】
2007206085.tif 000021
【図８Ａ】
2007206085.tif 000022
【図８Ｂ】
2007206085.tif 000023
【図８Ｃ】
2007206085.tif 000024
【図９】
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【図１０】
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