(57)【要約】【課題】装置内の温度平衡を維持することでアライメント計測精度の低下を防止する。【解決手段】計測装置は、トリガーパルスに同期して被計測物を撮像する撮像部と、前記撮像部を駆動して、前記撮像部での撮像により得られた画像に基づき前記被計測物の位置を計測する計測処理を行う処理部とを備え、前記処理部は、前記計測処理を行うために前記撮像部に前記トリガーパルスを供給するとともに、前記計測処理を行わない時にも、前記撮像部にダミーの撮像動作を行わせるべく前記撮像部に前記トリガーパルスを供給する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリガーパルスに同期して被計測物を撮像する撮像部と、
前記撮像部を駆動して、前記撮像部での撮像により得られた画像に基づき前記被計測物の位置を計測する計測処理を行う処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記計測処理を行うために前記撮像部に前記トリガーパルスを供給するとともに、前記計測処理を行わない時にも、前記撮像部にダミーの撮像動作を行わせるべく前記撮像部に前記トリガーパルスを供給することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記撮像部は、
光電変換素子を持つ複数の画素が配置された撮像素子を含み、かつ、
撮像動作が行われない所定のアイドル期間があると、前記画素に蓄積された不要電荷の掃き出し処理を行うように構成されており、
前記処理部は、前記計測処理を行わない時は、前記所定のアイドル期間より短い周期で前記トリガーパルスを前記撮像部に供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記撮像素子はＣＣＤイメージセンサであることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記計測処理を開始する前の所定のタイミングで前記ダミーの撮像動作の中止命令を前記撮像部に対して発行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記計測装置は、基板を露光する露光装置において、前記基板のアライメント計測を行うように構成され、
前記所定のタイミングは、前記基板を前記露光装置の外部から前記露光装置における基板保持部まで搬入する処理中のタイミングであることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
セルフトリガーモードにおいては、内部で発生するセルフトリガーパルスに同期して被計測物を撮像し、ランダムトリガーモードにおいては、外部から供給されたランダムトリガーパルスに同期して前記被計測物を撮像する第１撮像部及び第２撮像部と、
前記第１撮像部と前記第２撮像部とのうちで、使用する撮像部を切り換える切換え部と、
前記切換え部での切り換えを制御し、前記使用する撮像部を駆動して、当該撮像部での撮像により得られた画像に基づき前記被計測物の位置を計測する計測処理を行う処理部と、
を備え、
前記処理部は、
前記使用する撮像部を前記第１撮像部から前記第２撮像部に変更する場合、前記第１撮像部を前記セルフトリガーモードに設定した後に、前記使用する撮像部を前記第１撮像部から前記第２撮像部に切り換えるよう前記切換え部を制御し、
前記使用する撮像部を前記第２撮像部から前記第１撮像部に戻す場合、前記使用する撮像部を前記第２撮像部から前記第１撮像部に切り換えるよう前記切換え部を制御した後、前記第１撮像部を前記ランダムトリガーモードに設定して前記第１撮像部に前記ランダムトリガーパルスを供給する
ことを特徴とする計測装置。
【請求項７】
基板を露光する露光装置であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の計測装置を含み、
前記計測装置を用いて前記基板のアライメント計測を行い、前記アライメント計測の終了後、前記基板を露光することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
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、計測装置及び露光装置並びにデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置において、レチクルステージ及びウエハステージの正確な位置合わせを行うためにアライメント計測ユニットが設けられる。アライメント計測ユニットは一般にＣＣＤカメラ等の撮像部を有するが、動作中、この撮像部が発する熱によってアライメント計測ユニットが変形し、計測誤差を招くという課題がある。
【０００３】
これに対し、アライメント計測ユニットを熱変形が発生しにくい部材に変更することは可能であるが、特殊な部材を選択する必要がありコストが上がってしまう。特殊な温度調整手段を持つことも可能であるが、別途冷却システムや温度センサが必要となり、コスト増加を招く（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６２１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＣＤカメラを計測に用いる場合、ＣＣＤの一般的な仕様としてカメラアイドル時に、高速電荷掃き出し処理が行われる。高速電荷掃き出し処理はカメラ内部の動作周波数を通常時よりも増加させる。そのため、カメラアイドル時は撮像時よりも消費電力が上昇することになる。カメラアイドル時と撮像時とでカメラの温度差があることから、計測ユニットの形状に差が生じる。この形状変形が露光レンズとアライメント計測ユニットとの間のベースライン変動として現れることで、アライメント計測精度に影響を及ぼす。
【０００６】
そこで本発明は、装置内の温度平衡を維持することでアライメント計測精度の低下を防止することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、トリガーパルスに同期して被計測物を撮像する撮像部と、前記撮像部を駆動して、前記撮像部での撮像により得られた画像に基づき前記被計測物の位置を計測する計測処理を行う処理部とを備え、前記処理部は、前記計測処理を行うために前記撮像部に前記トリガーパルスを供給するとともに、前記計測処理を行わない時にも、前記撮像部にダミーの撮像動作を行わせるべく前記撮像部に前記トリガーパルスを供給することを特徴とする計測装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、装置内の温度平衡が維持され、これによりアライメント計測精度の低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る露光装置の構成を示す図。
【図２】カメラ温度変動によるベースラインの変動について説明する図。
【図３】従来の露光処理を示すフローチャート。
【図４】実施形態における露光処理を示すフローチャート。
【図５】他の実施形態に係る露光装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の計測装置が適用される露光装置の構成を示す図である。露光装置は、被計測物を撮像して画像を得るアライメントスコープＡＳを含む。露光装置では、アライメントスコープＡＳを用いてウエハＷ上のマークを計測し、ウエハ上のチップ形状及び配列状態を求める。その結果をもとにウエハステージＳＴＧによってウエハＷを投影光学系ＰＯの下へ送り込み、レチクルステージＲＳ上に配置されるレチクルＭのパターンを、投影光学系ＰＯを通してウエハＷへ露光する。このとき、投影光学系ＰＯが露光光以外を通さないことから、アライメントスコープＡＳは別途構成される。よって、図１に示されるように、アライメントスコープＡＳと投影光学系ＰＯの光軸の間には位置オフセットであるベースラインＢＬがある。ベースラインＢＬは、アライメント計測結果を正確に露光工程に反映するため、キャリブレーションスコープＣＳを用いて別途計測される。
【００１２】
アライメントスコープＡＳは、ＣＣＤカメラＣ１、ハーフミラーＭ１及び対物レンズＯＬを含む。第１撮像部であるＣＣＤカメラＣ１は、供給されたトリガーパルスに同期して、計測処理として被計測物に対する撮像を行う。ＣＣＤカメラＣ１は、光電変換素子を持つ複数の画素が配置された撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）を含む。アライメントスコープＡＳは、アライメント用光源Ｌｉを計測照明として、ハーフミラーＭ１及び対物レンズＯＬを通じて被計測物であるウエハＷ上のマーク及びステージ基準マークＳＴＭを、ランダムトリガーモードで撮像する。ランダムトリガーモードとは、外部から供給されたトリガーパルス（ランダムトリガーパルス）に同期して撮像を実施するモードであり、任意のタイミングでの撮像が実施されうる。画像処理部ＩＰは、アライメントスコープＡＳで撮像されたマーク画像に基づき、ＣＣＤカメラＣ１の撮像素子の中心を基準としてウエハＷ上のマーク、又はステージ基準マークＳＴＭのずれ量を求める。このとき、ＣＣＤカメラＣ１で発生する熱によって、アライメントスコープＡＳが変形することがあり、基準としている撮像素子の中心が動いてしまうという課題がある。
【００１３】
キャリブレーションスコープＣＳは第２撮像部であるＣＣＤカメラＣ２を含む。キャリブレーションスコープＣＳは、露光光を照明光として、レチクルステージ基準マークＲＳＭと、投影光学系ＰＯを通してステージ基準マークＳＴＭとを同時に、ランダムトリガーモードで撮像する。画像処理部ＩＰは、キャリブレーションスコープＣＳで撮像されたマーク画像から、ＣＣＤカメラＣ２の撮像素子の中心を基準としてレチクルステージ基準マークＲＳＭに対するステージ基準マークＳＴＭの相対ずれ量を求める。なお、ＣＣＤカメラＣ２も発熱する。ただし、キャリブレーションスコープＣＳによる計測は、レチクルステージ基準マークＲＳＭに対するステージ基準マークＳＴＭの相対ずれ量計測である。そのため、ＣＣＤカメラＣ２の熱によるキャリブレーションスコープＣＳの形状変形は計測値には現れない。
【００１４】
シーケンス制御部ＭＣは、ウエハステージＳＴＧに対して駆動指令を出し、ウエハＷ上のマーク又はステージ基準マークＳＴＭがＣＣＤカメラＣ１によって撮像できるようなポジションへウエハステージＳＴＧを駆動させる。同様に、シーケンス制御部ＭＣは、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＳＴＧに駆動指令を出し、レチクル基準マークＲＳＭ及びステージ基準マークＳＴＭがＣＣＤカメラＣ２によって撮像できる状態になるように、両者を駆動させる。また、シーケンス制御部ＭＣは、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＳＴＧを適正な撮像位置へ駆動させた後、画像処理部ＩＰに計測指令を出す。画像処理部ＩＰは、この計測指示に応答して、ＣＣＤカメラＣ１及びＣ２に対しランダムトリガーを供給することでＣＣＤカメラＣ１及びＣ２を駆動する。画像処理部ＩＰは、ＣＣＤカメラＣ１及びＣ２での撮像により得られたマークの画像を取得し、取得した画像に基づき、被計測部であるマークの位置のずれ量を計算する計測処理を行う。
【００１５】
ベースラインＢＬは、アライメントスコープＡＳによるステージ基準マーク計測値と、キャリブレーションスコープＣＳによるレチクルステージ基準マークに対するステージ基準マークの相対ずれ量の差分として求められる。これに加えて、ウエハＷ上のマークのＣＣＤカメラＣ１における撮像中心からのずれ量を求めることで、投影光学系ＰＯに対しウエハＷを、ベースラインＢＬを反映させた最適な露光位置へ送り込むことが可能となる。
【００１６】
次に、図２を用いて、カメラ温度変動によるベースラインＢＬの変動について説明する。ＣＣＤカメラＣ１において、ＣＣＤに生じた熱の影響により暗電流が発生し、画素に不要電荷が蓄積される。そこで、ＣＣＤカメラＣ１は、撮像動作が行われない所定のアイドル期間があると、このような不要電荷の掃き出し処理を行うように構成されている。この掃き出し処理においては、ＣＣＤ上の全画素の読み出しが高速に行われる。電荷掃き出し処理はカメラ内部の動作周波数を通常時よりも増加させる。これを高速電荷掃き出し処理という。このように高速電荷掃き出し処理においては高速なクロックによりＣＣＤが駆動されることから、ＣＣＤアイドル時は通常のランダムトリガー撮像の実行時よりも消費電力が高い。よって、図２（ａ）のグラフＴｃ０に示されるように、Ｔ０〜Ｔ１のアイドル期間はカメラ温度が高くＴＥＭＰ０のレベルが維持されている。しかし、ランダムトリガー撮像が実行されるＴ１〜Ｔ２の期間では、高速電荷掃き出し処理が発生しないため、カメラ温度はＴＥＭＰ１まで低下していく。その後、ランダムトリガー撮像が終了すると、高速電荷掃き出し処理が再開されるため、温度がＴＥＭＰ０まで戻っていく。
【００１７】
このときのベースラインＢＬの計測値を図２（ｂ）に示す。Ｔ１のタイミングでアライメント計測を実行した場合、ランダムトリガー撮像の実行により高速電荷掃き出し処理が停止しカメラ温度が下がる。そのため、Ｔ１〜Ｔ２の期間でアライメントスコープＡＳの構造体に熱変形が発生し、グラフＭｃ０で示されるとおり、ベースラインＢＬがＰ０からＰ１へ変動してしまう。Ｔ２の時点でアライメント計測が終了し、その後、露光処理に向かった場合、実質的なベースラインＢＬは短時間で元の値Ｐ０には戻り切らない。つまり、キャリブレーション時のＢＬの値Ｐ０と、アライメント計測実行直後から露光処理移行時のＢＬの値（Ｐ１〜Ｐ０の中間値）との間に差異が生じ、結果として露光誤差が発生する。具体的には、本来の位置よりもＢＬがずれた分だけ平面方向にずれて露光されることになる。その対策として、アライメント計測ユニットを熱変形が発生しにくい部材に変更することは可能であるが、特殊な部材を選択する必要がありコストが上がってしまう。あるいは特殊な温度調整部を持つことも可能であるが、別途冷却システムや温度センサが必要となり、やはりコストが上がってしまう。
【００１８】
そこで本実施形態では、画像処理部ＩＰはＣＣＤカメラＣ１に対し、計測処理を行わない時であっても、ＣＣＤカメラＣ１に連続的なランダムトリガー撮像（ダミー撮像）を行わせるべく、ＣＣＤカメラＣ１にトリガーパルスを供給する。上記したように、ＣＣＤカメラＣ１は、撮像動作が行われない所定のアイドル期間があると、不要電荷の掃き出し処理を行うように構成されている。したがって、画像処理部ＩＰは、計測処理を行わない時は、上記所定のアイドル期間より短い周期でトリガーパルスをＣＣＤカメラＣ１に供給する。こうして、ＣＣＤカメラＣ１は連続的なランダムトリガーによってダミーの撮像動作が行われる状態となるため、アイドル時の高速電荷掃き出し処理が発生しない。そうすると、図２（ａ）のグラフＴｃ１に示されるように、Ｔ０〜Ｔ１の期間であってもＴＥＭＰ０より低い温度ＴＥＭＰ１で平衡した状態にある。そしてこのとき、ベースラインＢＬの値も図２（ｂ）のグラフＭｃ１に示す通りＰ１で平衡した状態を維持する。このように本実施形態によれば、キャリブレーション時と露光時のベースラインＢＬには差異が生じない。これにより、アライメント計測精度の低下が防止される。
【００１９】
＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、計測ユニットの温度平衡を保つため、非計測時は、カメラに対してトリガーを入れ続けることでダミー撮像を繰り返す構成とした。この場合、計測処理へ移行する際に最後のダミー撮像の終了を待つ時間が発生し、装置スループットに影響する可能性がある。
【００２０】
図３に従来の露光処理のフローチャートを示す。このフローチャートを参照して、アライメント用ＣＣＤカメラＣ１に連続的なランダムトリガーを入れた場合に、撮像待ちオーバーヘッドが発生しうることを説明する。
【００２１】
まず、メカプリアライメントを行う（Ｓ３２）。その後、基板であるウエハをロードする（Ｓ３３）。すなわち、ウエハを露光装置の外部から露光装置における基板保持部まで搬入する。Ｓ３２及びＳ３３の処理中は、画像処理部ＩＰは、カメラに対してトリガーパルスを供給し続け、ダミー撮像を繰り返す。ウエハのロードが完了すると、画像処理部ＩＰは、アライメント計測処理を開始するため、ダミー撮像の撮像動作の中止命令をカメラに対して発行する（Ｓ３４）。ここでダミー撮像の処理が途中である場合、ダミー撮像の終了待ちが発生する（Ｓ３５）。これにより、次のアライメント計測への移行が遅れ、装置スループットに影響が出てしまう。ダミー撮像が終了したところで、アライメント計測を実行する（Ｓ３６）。その後、露光処理を実行する（Ｓ３８）とともに、ダミー撮像を再開する（Ｓ３７）。
【００２２】
これに対し、本実施形態の露光処理のフローを図４に示す。まず、メカプリアライメントを行う（Ｓ４２）。画像処理部ＩＰは、カメラに対してトリガーパルスを供給し続け、ダミー撮像を繰り返す。メカプリアライメントの終了後、ウエハをロードする（Ｓ４３）。ここで、ウエハのロードと並行して、画像処理部ＩＰは、ＣＣＤカメラＣ１に対し、アライメント計測準備のため、ダミー撮像の撮像動作の中止命令を発行する（Ｓ４４）。この中止命令がウエハのロード中の所定のタイミングで発行されるため、ダミー撮像の終了待ち（Ｓ４５）がウエハロード処理（Ｓ４３）のバックグラウンドで実行されることになる。これにより、ウエハロード完了後速やかにアライメント計測（Ｓ４６）へ移行することが可能となる。なお、このダミー撮像の一時中断は、ウエハロードと同じタイミングに限らず、アライメント計測を開始する前の所定のタイミングであればよい。一方、この方式の場合、ダミー撮像中断時にＣＣＤカメラＣ１において一時的に高速電荷掃き出し期間が発生する。しかし、高速電荷掃き出しの実行時間は、アライメント計測（Ｓ４６）における撮像動作が始まるまでの短時間であるため温度変動は微小であり、ユニットに変形を及ぼすことはない。よって、ダミー撮像により、ユニット温度はアライメント計測前においてすでにＴＥＭＰ１で平衡状態となっており、ベースラインは安定した状態となっていると言える。
【００２３】
アライメント計測（Ｓ４６）の終了後、露光（Ｓ４８）処理へ移行する。この時、並行してアライメント用のカメラＣ１に対してダミー撮像を再開する。これにより、温度状態がキャリブレーション実行時と同じＴＥＭＰ１で平衡状態となる。故に、本実施形態では、アライメント計測前後でベースラインＢＬが常に安定状態を保つことが可能であり、かつ、撮像終了待ちによるオーバーヘッドが発生することなく露光処理を行うことが可能である。
【００２４】
＜第３実施形態＞
図５に、本実施形態に係る露光装置の構成を示す。図１と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明は省略する。図５では、ＣＣＤカメラＣ１とＣＣＤカメラＣ２と画像処理部ＩＰとの間に、制御対象のカメラを切り換えるための切換え部としてのハブＨが設けられている。また、ＣＣＤカメラＣ１，Ｃ２は、カメラ内部でセルフトリガーパルスを発生するセルフトリガーモードを備えているものとする。ＣＣＤカメラＣ１，Ｃ２は、セルフトリガーモードに設定されると、連続的にセルフトリガーパルスを自動的に発生することができる。
【００２５】
ハブＨを経由して１つのポートで２つのＣＣＤカメラを制御する場合、カメラ切り換え時にトリガーのラインも同時に切り換わってしまう。これにより、ＣＣＤカメラＣ１を連続的なランダムトリガーによるダミー撮像状態にすることができない。このような場合、画像処理部ＩＰは、アライメントスコープ用のＣＣＤカメラＣ１に対し自動撮像状態になるように設定した後に、カメラ切り換えを実施する。自動撮像状態とは、ＣＣＤカメラＣ１を、連続的にトリガーパルスを自動的に発生するセルフトリガーモードに設定し、ＣＣＤカメラＣ１が常時撮像を行う撮像状態をいう。これにより、ＣＣＤカメラＣ１はカメラ切り換え後もカメラ温度が平衡状態となる。使用する撮像部をＣＣＤカメラＣ２からＣＣＤカメラＣ１に戻してアライメント計測を行う場合は、ＣＣＤカメラＣ１に切り換え後、ＣＣＤカメラＣ１をランダムトリガーモードに設定することで、アライメント計測に必要な画像取得を行う。
【００２６】
第２実施形態においては、図４のダミー撮像中断（Ｓ４４）及びダミー撮像再開（Ｓ４７）を、ランダムトリガーの連続動作のオン、オフにより行っていた。これに対し本実施形態では、セルフトリガーモードからランダムトリガーモードへの移行、又は、ランダムトリガーモードからセルフトリガーモードへの移行を実行する。
【００２７】
＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係るデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００２８】
（他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００２９】
ＡＳ：アライメントスコープ、ＳＴＧ：ウエハステージ、ＲＳ：レチクルステージ、ＰＯ：投影光学系、ＣＳ：キャリブレーションスコープ
【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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