(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アライメントマークの位置を検出する位置検出装置であって、
前記アライメントマークを撮像するための、対物レンズが共通の複数の撮像光学系と、
前記複数の撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する複数の変換手段と、
前記複数の変換手段について、出力される信号レベルを個別に調整する調整手段と、
前記調整手段によって調整された前記複数の変換手段からの電気信号に基づいて前記アライメントマークの位置を算出する算出手段とを備え、
前記調整手段は、前記複数の変換手段から出力される信号レベルが夫々所定範囲に入るように、各光電変換素子の蓄積時間を調整することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記複数の撮像光学系のそれぞれが、異なる結像倍率を有することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記対物レンズを通過した光を分割して複数の光電変換素子へ導くハーフミラーを有することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出装置であって、
前記基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段と、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整手段と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出手段と、
前記第１算出手段で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正手段と、
前記第１補正手段による位置合わせの後、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出手段と、
前記複数のアライメントマークのうち、所定数のアライメントマークについて、前記第１及び第２算出手段より得られたマーク位置に基づいて前記基板の前記ステージに対する位置及び回転量を決定する決定手段と、
前記位置及び回転量に基づいて残りのアライメントマークに対する目標位置を補正する第２補正手段と、
前記第２補正手段により補正された目標位置を用いて前記所定数のアライメントマーク以外の残りのアライメントマークの各々を、前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第３算出手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出装置であって、
前記基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段と、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整手段と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出手段と、
前記第１算出手段で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正手段と、
前記第１補正手段による位置合わせの後、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出手段と、
前記第２算出手段によってアライメントマークの位置が算出された後、該アライメントマークより所定距離内にある他のアライメントマークの目標位置を前記粗位置に基づいて補正する第３補正手段と、
前記第３補正手段により補正された目標位置を用いて前記他のアライメントマークを前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第４算出手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
前記第１及び第２撮像光学系は共通の対物レンズを有することを特徴とする請求項４又は５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
アライメントマークを撮像するための対物レンズが共通の複数の撮像光学系と、前記複数の撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する複数の変換手段とを用いてアライメントマークの位置を検出する位置検出方法であって、
前記複数の変換手段について、出力される信号レベルを個別に調整する調整工程と、
前記調整工程によって調整された前記複数の変換手段からの電気信号に基づいて前記アライメントマークの位置を算出する算出工程とを備え、
前記調整工程は、前記複数の変換手段から出力される信号レベルが夫々所定範囲に入るように、各光電変換素子の蓄積時間を調整することを特徴とする位置検出方法。
【請求項８】
前記アライメントマークは、第１の方向の位置の算出に用いられるマークと、第１とは異なる第２の方向の位置の算出に用いられるマークを含むことを特徴とする請求項７に記載の位置検出方法。
【請求項９】
前記アライメントマークは、前記第１の方向の位置の算出に用いられるマークと前記第２の方向の位置の算出に用いられるマークとで互いに明るさが異なることを特徴とする請求項８に記載の位置検出方法。
【請求項１０】
前記複数の撮像光学系のそれぞれが、異なる結像倍率を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【請求項１１】
前記対物レンズを通過した光をハーフミラーにより分割して複数の光電変換素子へ導くことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【請求項１２】
基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段とを用いて、前記基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出方法であって、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整工程と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正工程と、
前記第１補正工程による位置合わせの後、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出工程と、
前記複数のアライメントマークのうち、所定数のアライメントマークについて前記第１及び第２算出工程を実行して得られたマーク位置に基づいて、前記基板の前記ステージに対する位置及び回転量を決定する決定工程と、
前記位置及び回転量に基づいて残りのアライメントマークに対する目標位置を補正する第２補正工程と、
前記第２補正工程により補正された目標位置を用いて前記所定数のアライメントマーク以外の残りのアライメントマークの各々を、前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第３算出工程とを備えることを特徴とする位置検出方法。
【請求項１３】
基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段とを用いて、前記基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出方法であって、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整工程と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正工程と、
前記第１補正工程による位置合わせの後、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出工程と、
前記第２算出工程によってアライメントマークの位置が算出された後、該アライメントマークより所定距離内にある他のアライメントマークの目標位置を前記粗位置に基づいて補正する第３補正工程と、
前記第３補正工程により補正された目標位置を用いて前記他のアライメントマークを前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第４算出工程とを備えることを特徴とする位置検出方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２撮像光学系は共通の対物レンズを有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の位置検出方法。
【請求項１５】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置を用いて得られたアライメントマークの計測結果に基づいて被露光体を位置決めする位置決め手段と、
前記位置決め手段によって位置決めされた被露光体に対して露光処理を行う露光手段と
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置を用いて得られたアライメントマークの計測結果に基づいて被露光体を位置決めする工程と、
前記位置決め手段によって位置決めされた被露光体に対して露光処理を行う工程と
を備え、露光処理を施された被露光体に回路を形成することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウエハ等の位置決めを行うアライメント装置及び方法、並びにそれらを用いた半導体露光装置、デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は一般的なアライメント機構の構成を説明するブロック図である。図１９はアライメントマークが形成されたウエハを示す図である。また、図２０は一般的なアライメント処理の手順を説明するフローチャートである。これらの図を参照して、以下、一般的な半導体製造装置でのウエハアライメントについて説明する。
【０００３】
ウエハＷが半導体製造装置に供給されると、まずメカニカルアライメント装置ＭＡが、ウエハＷの外周と、オリフラ（Orientation Flat）またはノッチ（図１９ではノッチＮが示されている）とを用いてメカニカルな位置合わせを行い、ウエハＷのラフな位置を決定する（ステップＳ０２）。このメカニカルな位置合わせ精度は２０μｍ程度である。次にウエハは不図示のウエハ供給装置でチャックＣＨに載せられ（ステップＳ０３）、プリアライメントが行われる（ステップＳ０４）。プリアライメントでは、スコープＳＣにおいてミラーＭＭを、アライメント光源ＬｉとミラーＭ１によって形成される光経路中に入れ、低い倍率に設定されたセンサＳ１にアライメント光を導く。従って、プリアライメントでは、低倍率のセンサＳ１を用いて図１９に示される左右のプリアライメントマークＰＡＬ，ＰＡＲを検出し、それらのマーク位置を求めることによりウエハの中心を求める。プリアライメントにおける位置合わせ精度は４μｍ程度である。
【０００４】
最後に、グローバルアライメントを行い、正確にウエハＷの位置および、露光ショットの位置が求められる（ステップＳ０５）。グローバルアライメントでは、スコープＳＣにおいて、ミラーＭＭを光経路より抜いて、高い倍率に設定されたセンサＳ２が用いられ、図１９に示されるウエハＷ上の複数のグローバルアライメントマークＦＸ１〜４、ＦＹ１〜４の位置が計測される。こうして、グローバルアライメントでは、ウエハＷのＸ，Ｙ方向のずれと、回転成分、および、ショット配列の倍率成分が求まる。グローバルアライメントの精度としては、今日の２５６Ｍｂｉｔのメモリを製造するマシンにおいては５０ｎｍ以下の精度が要求される。
【０００５】
更に、図１８に示されているスコープＳＣについて、図２１を参照して説明する。図２１はスコープＳＣの構成の概略を示す図である。
【０００６】
図２１に於いて、照明光源４０１（ファイバ等）から導光された光は、減光手段となる切替えＮＤフィルタ４１５を透過した後、照明光学系４０２により、偏光ビームスプリッタ４０３（図１８のミラーＭ１に相当）に導かれる。
【０００７】
尚、切替えＮＤフィルタ４１５は、複数の離散的な透過率を持つＮＤフィルタ（４１５ａ〜４１５ｆ）で構成されており、回転駆動系４２０を駆動することにより所望のＮＤフィルタを用いることができる。制御装置４２１は、回転駆動系４２０を制御して、観察対象物体の反射率に応じて最適な明るさとなるようにＮＤフィルタを選択する。
【０００８】
又、切替えＮＤフィルタに限定されるものでは無く、光源がＨｅ−Ｎｅレーザーの様な偏光特性を有している光の場合には、偏光板の回転でも構成が可能である。
【０００９】
偏光ビームスプリッタ４０３によって反射された紙面に垂直なＳ偏光光は、リレーレンズ４０４、λ／４板（四分の一波長板）４０９を通過した後、円偏光に変換され、対物レンズ４０５を通ってウエハ６上に形成されたアライメントマークＡＭをケラー照明する。
【００１０】
アライメントマークＡＭから発生した反射光、回折光、散乱光は、再度対物レンズ４０５、λ／４板４０９を戻り、今度は紙面に平行なＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４０３を通過する。そして、結像光学系４１０（４１２）によって、アライメントマークＡＭの像を光電変換素子４１１（４１３）（例えばＣＣＤカメラ）上に形成する。こうして、光電変換されたアライメントマーク像の位置に基づいて、ウエハ６の位置を検出する。
【００１１】
結像光学系４１０や４１２について解説すると、偏光ビームスプリッタ４０３とこれら結像光学系４１０（４１２）の間には、光路を切り替える切替えミラー４１４（図１８のミラーＭＭに相当）が構成されており、光路上に切替えミラー４１４が挿入されると、低倍率を持つ結像光学系４１２に導光され、ウエハ上のアライメントマークＡＭを低倍で広い領域で観察が可能となる。また、切替えミラー４１４が光路上から逃げることにより、高倍率検出可能な結像光学系４１０側に導光される。この高倍率の結像光学系４１０によりウエハ上のアライメントマークを狭い領域で高精度に検出可能となる。
【００１２】
尚、制御装置４２１は、これら光電変換されたアライメントマーク像の情報に基づいてウエハ位置を取得する。更に、制御装置４２１は、アライメントマークＡＭの明るさやコントラストに応じて最適な光量となる様に回転駆動系４２０に指令を出し、最適なＮＤフィルタ４１５ａ〜４１５ｆを設定している。
【００１３】
尚、このとき、ウエハ６上のアライメントマークＡＭを精度良く検出する為には、アライメントマークＡＭの像が明確に検出されなければならない。つまり、ＳＣのピントがアライメントマークＡＭに合っていなければならない。その為に、一般的には不図示のＡＦ検出系が構成されており、その検出結果に基づいて、アライメントマークをＳＣのベストフォーカス面に駆動して、アライメントマークの検出を行っている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ウエハの位置を正確に求めるためには、チャック上において少なくてもプリアライメントとグローバルアライメントが必要である。プリアライメントは、メカニカルなアライメントでラフに位置合わせされた後、広い視野でマークを検出する必要がある。そのため、低い倍率のスコープで検出する必要があり、１００μｍ程度の大きさのマークが必要である。また、グローバルアライメントはプリアライメントで既に、４μｍ程度に追い込まれているので、高い倍率のスコープで精密な検出が行なわれる。
【００１５】
この様に低倍(プリアライメント)や高倍（グローバルアライメント）と言った複数の検出系が必要となっている反面、検出および計測を短時間で行う要求が高くなっている。すなわち、単位時間でのウエハ処理枚数をあげる必要が有るため、アライメントと呼ばれる、露光を伴わない処理の時間をできるだけ短くしなければならない。
【００１６】
一方、アライメントに使用される一般的なスコープＳＣでは、低倍率、高倍率の検出をする度に、最適光量となるよう切替えＮＤフィルタ４１５を駆動して、最適光量に調整する（調光する）必要がある。そのため、切替えＮＤフィルタ４１５が、切り替わる頻度がより高くなってしまい、露光処理のスループットが低下する可能性がある。
【００１７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、複数の位置検出系のそれぞれにおいて適切な光量を設定可能とし、マーク検出の高精度化を図ることを目的とする。
また、本発明の他の目的は、マーク検出の高精度化に加え、マーク検出時間の短縮、アライメント処理の高速化を図ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決ずるための手段】
上記の目的を達成するための本発明による位置検出装置は以下の構成を備える。すなわち、
アライメントマークの位置を検出する位置検出装置であって、
前記アライメントマークを撮像するための、対物レンズが共通の複数の撮像光学系と、
前記複数の撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する複数の変換手段と、
前記複数の変換手段について、出力される信号レベルを個別に調整する調整手段と、
前記調整手段によって調整された前記複数の変換手段からの電気信号に基づいて前記アライメントマークの位置を算出する算出手段とを備え、
前記調整手段は、前記複数の変換手段から出力される信号レベルが夫々所定範囲に入るように、各光電変換素子の蓄積時間を調整する。
【００１９】
また、上記の目的を達成するための本発明による位置検出装置は以下の構成を備える。すなわち、
基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出装置であって、
前記基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段と、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整手段と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出手段と、
前記第１算出手段で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正手段と、
前記第１補正手段による位置合わせの後、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出手段と、
前記複数のアライメントマークのうち、所定数のアライメントマークについて、前記第１及び第２算出手段より得られたマーク位置に基づいて前記基板の前記ステージに対する位置及び回転量を決定する決定手段と、
前記位置及び回転量に基づいて残りのアライメントマークに対する目標位置を補正する第２補正手段と、
前記第２補正手段により補正された目標位置を用いて前記所定数のアライメントマーク以外の残りのアライメントマークの各々を、前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第３算出手段とを備える。
更に、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による位置検出装置は以下の構成を備える。すなわち、
基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出装置であって、
前記基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段と、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整手段と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出手段と、
前記第１算出手段で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正手段と、
前記第１補正手段による位置合わせの後、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出手段と、
前記第２算出手段によってアライメントマークの位置が算出された後、該アライメントマークより所定距離内にある他のアライメントマークの目標位置を前記粗位置に基づいて補正する第３補正手段と、
前記第３補正手段により補正された目標位置を用いて前記他のアライメントマークを前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整手段によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第４算出手段とを備える。
【００２０】
また、上記の目的を達成するための本発明による位置検出方法は、
アライメントマークを撮像するための対物レンズが共通の複数の撮像光学系と、前記複数の撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する複数の変換手段とを用いてアライメントマークの位置を検出する位置検出方法であって、
前記複数の変換手段について、出力される信号レベルを個別に調整する調整工程と、
前記調整工程によって調整された前記複数の変換手段からの電気信号に基づいて前記アライメントマークの位置を算出する算出工程とを備え、
前記調整工程は、前記複数の変換手段から出力される信号レベルが夫々所定範囲に入るように、各光電変換素子の蓄積時間を調整する。
【００２１】
更に、上記の目的を達成するための本発明による位置検出方法は、
基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段とを用いて、前記基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出方法であって、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整工程と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正工程と、
前記第１補正工程による位置合わせの後、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出工程と、
前記複数のアライメントマークのうち、所定数のアライメントマークについて前記第１及び第２算出工程を実行して得られたマーク位置に基づいて、前記基板の前記ステージに対する位置及び回転量を決定する決定工程と、
前記位置及び回転量に基づいて残りのアライメントマークに対する目標位置を補正する第２補正工程と、
前記第２補正工程により補正された目標位置を用いて前記所定数のアライメントマーク以外の残りのアライメントマークの各々を、前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第３算出工程とを備える。
更に、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による位置検出方法は、
基板を搭載して移動可能なステージと、
第１の倍率で撮像する第１撮像光学系と、該第１の倍率よりも高い第２の倍率で撮像する第２撮像光学系と、
前記第１及び第２撮像光学系に対応して設けられ、到達する光を電気信号に変換する光電変換素子を有する第１及び第２変換手段とを用いて、前記基板に設けられた複数のアライメントマークの位置を検出する位置検出方法であって、
前記第１及び第２変換手段について、出力される信号情報の強度を個別に調整する調整工程と、
前記ステージを移動して、アライメントマークを前記第１撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第１変換手段からの電気信号に基づいて該アライメントマークの粗位置を算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程で算出された粗位置に基づいて前記アライメントマークの粗位置と前記第２撮像光学系との位置合わせを行う第１補正工程と、
前記第１補正工程による位置合わせの後、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第２算出工程と、
前記第２算出工程によってアライメントマークの位置が算出された後、該アライメントマークより所定距離内にある他のアライメントマークの目標位置を前記粗位置に基づいて補正する第３補正工程と、
前記第３補正工程により補正された目標位置を用いて前記他のアライメントマークを前記第２撮像光学系による撮像視野範囲に移動させ、前記調整工程によって調整された前記第２変換手段からの電気信号に基づいてアライメントマークの位置を算出する第４算出工程とを備える。
【００２２】
また、本発明によれば、上記位置検出装置を用いた露光装置、デバイスの製造方法が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
まず、本実施形態に用いるアライメントマークを説明する。本実施形態では、グローバルアライメントとプリアライメントを兼用できるアライメントマークとして図１〜図３に示すようなアライメントマークを用いる。
【００２５】
図１は、本実施形態で利用可能なアライメントマークの一態様を説明する図である。図１に示したアライメントマークは、８本のＸ方向計測マーク（Ｘ１〜Ｘ８）と８本のＹ方向計測マーク（Ｙ１〜Ｙ８）で構成されている。このアライメントマークによれば、プリアライメント時及びグローバルアライメント時においてマークのＸ位置、Ｙ位置を得ることができる。すなわち、プリアライメントにおいては、低倍率の検出系により１６本の計測マークの２次元的な配置をパターンマッチング法によって認識し、Ｘ方向とＹ方向の位置をこのマークから同時に計算する。また、グローバルアライメントでは、高倍率の検出系により、プリアライメントの時よりさらに細かな分解能でマーク位置を検出する。
【００２６】
図２は、本実施形態で利用可能なアライメントマークの他の態様を説明する図である。図２（ａ）に示されるアライメントマークは、グローバルアライメントとプリアライメントを兼用でき、かつ狭いスクライブラインに配置することができるものである。プリアライメントでは、低倍率検出系により、Ｘ方向計測マークＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４とＹ方向計測マークＹ１，Ｙ２で示される合計６本の計測マークの２次元的な配置をパターンマッチング法によって認識し、Ｘ方向とＹ方向の位置をこのマークから同時に計算する。
【００２７】
一方、グローバルアライメントにおいては、Ｘ計測マークＸ１〜Ｘ４を用いてＸ方向の計測が行われる。グローバルアライメントでは、Ｘ１〜Ｘ４を高倍率のスコープ（高倍率検出系）で観察し、プリアライメントの時よりさらに細かな分解能でマーク位置を検出する。
【００２８】
なお、図２（ｂ）に示されるマークは、Ｘ計測マークの間隔を変化させている（ｄ１、ｄ２）。このように、マークの間隔を変えることで、プリアライメント等におけるパターンマッチング処理における誤検出を減らすことができる。これは、例えば、ウエハ中に間隔ｄ１の配線パターンが存在した場合にこれをアライメントマークとして誤検出する可能性があるが、間隔ｄ１とｄ２の配線パターンが隣接して存在する可能性は極めて低いからである。
【００２９】
また、図３は、本実施形態で利用可能なアライメントマークの更に他の態様を説明する図である。図３（ａ）に示されたアライメントマークは、検出の際に、アライメントマークの上に塗布されるレジストの影響が少なくなるように工夫したマークである。すなわち、中央４本の計測マーク（Ｘ１〜Ｘ４）の外側に２本のフェンスマーク２１を配置しており、これらフェンスマークがレジストの塗布むらによる影響を軽減させる働きをしている。図３（ｂ）では、レジスト塗布の影響を低減するフェンスマーク２１を有するとともに、中央の４本の計測マーク（Ｘ１〜Ｘ４）の間隔を変化させ、図２（ｂ）と同様にプリアライメントでの誤検出の発生割合を少なくしている。
【００３０】
なお、グローバルアライメントにおいても、マークの位置を捜す際に、図２（ｂ）や図３（ｂ）で示したように一ヵ所でも計測マークの間隔が異なっている方が誤検出の発生頻度が低くなる。その理由は、図２（ｂ）、図３（ｂ）の場合、４本のマーク位置を正確に求めたところ、実は誤って、各マークとマークの間をマークと感知して検出してしまうことがある。これは、例えば、干渉縞が発生し、マークとマークの間にも擬似的なマークが出現した場合に発生する。従って、計測マークの１部でも間隔を変えておけば、４本のマーク位置を検出した後、マーク間隔をマーク設計値との比較により誤検出したかどうか判断することができる。そして、判断の結果、誤検出であると判定された場合には、半ピッチすらしたところを処理の目標位置に変え、再度位置を算出するリトライ機能を付けることができる。
【００３１】
なお、グローバルアライメントにおけるＹ計測には、図２、図３のマークをそれぞれ９０度回転させたマークが使用される（図１２参照）。
【００３２】
次に、上述したアライメントマークを用いた本実施形態のアライメント機構及び動作について説明する。まず、図１に示したアライメントマークを用いたアライメント動作を説明する。
【００３３】
図４は本実施形態によるアライメント機構を備えた露光装置の構成を説明するブロック図である。また、図５は図１のアライメントマーク（Ｆ１〜Ｆ４）が形成されたウエハを示す図である。図２０のフローチャートに従って、本実施形態のアライメント機構の動作概要を説明する。ウエハＷが半導体製造装置に供給されると、ウエハの外周とオリフラまたはノッチＮ（図５ではノッチＮが示されている）を用いて、メカニカルアライメント装置ＭＡがメカニカルな位置合わせを行い、ウエハＷのラフな位置を決定する（ステップＳ０２）。次にウエハＷは不図示のウエハ供給装置でチャックＣＨに載せられ（ステップＳ０３）、低倍率検出系によりプリアライメントを行う（ステップＳ０４）。プリアライメントでは、図５に示されるＦ１とＦ３あるいは、Ｆ２とＦ４が用いられる。各マークをスコープＳＣの低倍率検出系を用いて撮像し、パターンマッチングによりマーク位置を求め、ウエハの中心を検出する。なお、プリアライメントでは、計測する２つのマーク間隔が離れているほど精度が良い。
【００３４】
次に、グローバルアライメントを行い、正確にウエハの位置および、露光ショットの位置が求められる（ステップＳ０５）。グローバルアライメントでは、プリアライメント時よりも高い倍率の高倍率検出系を用いてウエハ上の複数のグローバルアライメントマークＦ１〜Ｆ４を計測し、ウエハＷのＸ，Ｙ方向のずれと、回転成分、および、ショット配列の倍率成分を求める。
【００３５】
なお、図２０のフローチャートではプリアライメントとグローバルアライメントが完全に分離して示されているが、本実施形態のアライメント処理においては、プリアライメント計測においてグローバルアライメントが部分的に実行されることになる。例えばＦ１についてプリアライメントを行った場合は、引き続きＦ１についてグローバルアライメントを終わらせてしまう。同様に、Ｆ３についてプリアライメントを行った場合は、引き続きＦ３についてグローバルアライメントを行う。こうすることで、ステージの移動距離を少なくすることができ、アライメントに要する時間を低減することができる（図９のステップＳ１４）。この処理については、図９、図１０のフローチャートにより詳細を後述する。以上のようにしてアライメントを完了したならば、当該ウエハに対して、マスクMASK及び投影光学系LENSを用いて露光処理を行う（Ｓ１５）。
【００３６】
次に、以上のような、図１のアライメントマークを低倍と高倍の検出系で観察するアライメント処理において、その処理時間を更に短縮させる構成について、詳細に説明する。
【００３７】
図４に示すウエハアライメント用のスコープＳＣは、低倍と、高倍を同時に観察し、マーク位置を検出できるようになっている。照明光は、アライメント光源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を照明する。例えば、図５のマークＦ１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Ｓ２、低倍率検出センサＳ１に到達する。制御装置Ｐは、センサＳ１，センサＳ２で撮像された画像や信号に基づいてマーク位置を決定する。なお、主制御装置ＭＣは制御装置Ｐからの計測結果情報、センサＬＰからのステージ位置計測情報等に基づいてステージＳＴＧを適切に駆動するべく、駆動部ＭＳに制御信号を送る。
【００３８】
図６は図４に示したスコープＳＣの詳細な構成を示すブロック図である。図６に於いて、照明光源４０１（ファイバ等）から導光された光は、照明光学系４０２により、偏光ビームスプリッタ４０３（図５のミラーＭ１に相当）に導かれる。偏光ビームスプリッタ４０３によって反射された紙面に垂直なＳ偏光光は、リレーレンズ４０４、λ／４板（四分の一波長板）４０９を通過した後、円偏光に変換され、対物レンズ４０５を通ってウエハ６上に形成されたアライメントマークＡＭをケラー照明する。
【００３９】
ウエハ６のアライメントマークＡＭから発生した反射光、回折光、散乱光は、再度対物レンズ４０５、λ／４板４０９を戻り、今度は紙面に平行なＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４０３を通過する。その後、ハーフミラー４１５（図５のミラーＭ２に相当）で適当な比率に分割された光が、結像光学系４１０（４１２）を介して、アライメントマークＡＭの像を光電変換素子４１１（４１３）（蓄積時間可変カメラ）上に形成する。光電変換されたアライメントマーク像の位置に基づいて、ウエハ６の位置を検出する。
【００４０】
ここで、ハーフミラー４１５の分割比率は、たとえば、次のように決定される。すなわち、同一の光電変換効率を有する光電変換素子を用いて、同一ＮＡで、且つ２次元的に像を検出する場合は、結像倍率の自乗の比率で分割する。このように分割比率を決定すれば、異なる倍率で同じ観察対象物体を同一の明るさとして観察できる。従って、本実施形態に於いても、光電変換素子４１１、４１３が同一の光電変換効率を有すると言う前提であれば、ハーフミラー４１５は結像倍率の自乗の比率で分割するように構成される。ただし、本実施形態では、後述するように蓄積時間可変カメラを用いることにより分割比率の制限を無くしている。
【００４１】
更に、結像光学系４１０や４１２について図７を用いて解説する。図７は、ウエハ上のスクライブライン上に構成された図１のアライメントマークをスコープＳＣによって観察した様子を示す図である。図７の（ａ）はＸ及びＹ方向を同時計測できるアライメントマークを高倍率検出系４１０、４１１によって観察した場合の観察視野領域を模式的に示している。又、図７(ｂ)は、同じアライメントマークを低倍率検出系４１２、４１３によって観察した場合の観察視野領域を模式的に示している。
【００４２】
尚、図７（ｂ）は、スコープＳＣの観察視野内にアライメントマークが送り込まれたときの初期位置Ｐ２にアライメントマークがある状態を示している。初期位置Ｐ２が確認されると、図７（ｂ）に示されるように、アライメントマークを高倍率検出系４１０、４１１の検出可能領域Ｐ１に移動する。この場合、低倍率検出系４１２、４１３によって、後述するように初期位置Ｐ２から検出可能領域Ｐ１までの距離dx1、dy1が算出される。そして、この算出されたdx1、dy1に基づいて、ウエハステージ（図１のＳＴＧ)を駆動して、検出可能領域Ｐ１にアライメントマークを移動する。尚、検出可能領域Ｐ１とは、低倍検出視野ＬＦに対する高倍検出視野ＨＦである。この位置関係は予めハード的に調整されたもの、或いは低倍視野中心に対する高倍視野中心のズレを予めオフセットとして記憶しておいても良い。
【００４３】
検出可能領域Ｐ１にアライメントマークがくるようにステージＳＴＧを移動した後、高倍率検出系４１０、４１１でＸＹのそれぞれの位置が検出される。尚、図中破線で示されている領域は、グローバルアライメントにおいてＸＹそれぞれの位置を計測する際の測定ウインドウを示しており、非計測方向に積算投影した画像データ（一次元波形）として、検出することも可能である。たとえば、Ｘ計測マークを考えた場合、Ｙ方向に積算した１次元波形として検出することが可能である。この場合、Ｘ計測マークの縦がぎざぎざになっていた場合に、Ｙ方向への積算をとることで、そのぎざぎざが平均化されるというメリットがある。
【００４４】
以上の様に、本実施形態のスコープＳＣでは、低倍率、高倍率でほぼ同時にアライメントマークを観察可能となる為、従来の切替えミラー４１４の駆動が不要となり、低倍率と高倍率の間の切替え時間を短縮できる。
【００４５】
次に、検出されるアライメントマークの光量（或いはアライメントマーク信号コントラスト）と計測精度の関係を図８に基づいて解説する。図８は、横軸に光量（或いはアライメントマーク信号コントラスト、但し非正規化）をとり、縦軸にはアライメントマークの計測再現性(３σ：小さい程精度が良くなる)をとり、光量と計測再現性の関係を示す図である。図８に示す様に、検出されるアライメントマークの光量或いはコントラストを上げることで、計測再現性が良くなることがわかる。従って、出来るだけ光量を上げた状態で、但し光量が飽和しない状態でアライメントマークを検出することで、高精度の位置検出が可能となる。実際には、要求される計測再現性≦ＭＲmaxを補償する為には、光量（或いはコントラスト）の最小値Ｉminを決定し、Ｉmin以上の光量で計測する様に光量判定を行う（詳細は後述）。こうして、各アライメントマークに対して最適な光量となる様、光量調整（調光）を行う。この調光は低倍率及び高倍率の各検出系に対して個別に行われなければならない。そこで、本実施形態では、蓄積時間可変カメラを用いて、撮影時の最適蓄積時間を設定することにより調光を行う。
【００４６】
最適蓄積時間の設定は次のように行う。まず、ウエハ上の第１の位置にあるアライメントマークを検出器４１１、４１３によって検出した際に、検出されたそれぞれのアライメントマーク信号は制御装置４２１（制御装置Ｐに相当）に送られる。制御装置４２１では、アライメントマーク信号に基づいて検出器４１１及び４１３の最適な蓄積時間を算出（算出手法は例えば後述する式を採用）し、各検出器４１１、４１３に蓄積時間の情報を出す。その後、アライメントマークの検出に際して、検出器４１１、４１３の各々は、ここで設定した蓄積時間でアライメントマークを撮像し、計測することで、最適光量状態での計測が可能となる。
【００４７】
尚、この蓄積時間の算出は、第１の位置にあるアライメントマーク以降の信号を検出する毎に最適光量を求めるのが好ましい。但し、実際のプロセスウエハを考えた場合、同一プロセスでは、ウエハから得られる光量（ウエハ反射率）はほぼ同じになる為、光量にあるトレランス（許容度）を設けておけば、蓄積時間の設定し直しの頻度は低くなる。従って実質的に、蓄積時間設定に要する時間は無視することが出来る。
【００４８】
但し、設計値的に同じ光量となる様調整された各検出系４１１、４１３でも、実際のプロセスで流れているウエハを考えると高倍率と低倍率で光量が異なる場合がある。これは、図７（ｂ）の観察領域には、アライメントマーク以外の実素子パターンが存在することに起因する。すなわち、図７（ａ）の高倍率検出系の観察視野であればアライメントマークだけで決まる光量でよいが、図７（ｂ）の低倍率検出系の観察視野では、例えばアライメントマーク周辺部（実素子領域）が明るい場合、その明るい領域も含めた調光が必要となる。
【００４９】
つまり、ハーフミラー４１５の分割比率を上述のように決定して、設計値的に検出系４１１、４１３の光量バランスを取ったとしても、高倍、低倍それぞれの光量に対して最適化を図る必要がある。そうした意味でも、上述したように蓄積時間を使った調光を行うことで、切替えＮＤフィルタの使用頻度を減らすことが出来る。従って、トータル的なスループットの向上が図れるという効果がある。
【００５０】
尚、上記の高倍、低倍による光量差が観察領域の違いで発生するとしたが、これ以外に検出方式が異なる場合も発生する可能性がある。例えば、高倍に相当する検出系を明視野観察、低倍系を暗視野観察とした場合である。この様な場合、取り出すＮＡが異なる為、２つの検出系で光量が同一マークだとしても光量が変化してしまう。
【００５１】
また、本実施形態では、こうした低倍、高倍といった結像倍率が異なる複数の検出系に限定ざれず、明視野と暗視野の検出、或いは２次元検出とレーザービームスキャンとの組み合わせと言った検出方法の異なる複数の検出系に対しても、本実施形態の効果を達成する目的で適用できることは明らかである。
【００５２】
また、別な観点として、蓄積時間をそれぞれの検出系４１１、４１３で設定できることのメリットは、上述したハーフミラー４１５の製造上の誤差を無視できる点にもある。例えば、低倍率の倍率を１０倍、高倍率の倍率を５０倍とすると、光電変換素子が同一の光電変換効率を有するという条件下では、低倍：高倍＝１：２５の比率で分割する必要がある。これをハーフミラー４１５の分割比率に換算すると、低倍：高倍＝約３．８％：約９６．２％となる。しかし、実際のハーフミラーを考えた場合、ミラーの膜構成の誤差により、分割比率にはずれが生じる。例えば上記のミラーに対して１％の誤差が発生すると（低倍：高倍＝３．８±１％：９６．２±１％）、低倍系にとって誤差の比率は、１／３．８＝２６％となる。この誤差量を検出系４１１や４１３の前にＮＤフィルタの様な固定の減衰素子で緩和しようとすれば、約２６％の光量を捨てることになってしまう。
【００５３】
このような状況において、上述したような蓄積時間の調整を導入すれば、減衰素子等のハード構成も不要となり、更に光量のダイナミックレンジを減らすことなくスコープＳＣを構成することが可能となるメリットを有する。具体的には、ある蓄積時間で同一反射物体を低倍系、高倍系で観察し、その時得られた光量を算出し、その光量に基づいて蓄積時間を設定する。例えば、上記のハーフミラーが低倍：高倍＝２．８％：９７．２％となってしまう場合、低倍系を初期蓄積時間に対し、約２６％時間を長くした値をデフォルトとすることで、低倍系、高倍系が同じ光源の光量に対して、同じ明るさとして検出可能になる。
【００５４】
次に、図１のアライメントマークを用いた、効率的なアライメント処理手順を説明する。図９、図１０は、本実施形態によるアライメント処理手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１２でメカニカルなアライメントが済み、ステップＳ１３でチャック上に乗せられたウエハは、ファインアライメントが実行される（ステップＳ１４）。ファインアライメントでは、まず、マークＦ１が少なくとも低倍率検出系によって観察できる位置にウエハを移動する（ステップＳ１０１）。そして、マークＦ１を低倍率検出系（センサＳ１、光電変換素子４１３）により低倍で撮像し（ステップＳ１０２）、撮像された画像の光量が適正かどうかを判断して、必要に応じて蓄積時間を変更して再撮像する。
【００５５】
図１１はステップＳ１０３における処理内容を詳細に示すフローチャートである。まず、光量が所定の範囲に入っているか否かを調べることにより、光量が適切か否かを判定（トレランス判定）する（ステップＳ２０１）。この結果、低倍率検出系にとって適切な光量で撮像されていなければ、最適蓄積時間を算出（算出手法は例えば後述する式を採用）する（ステップＳ２０２）。そして、算出された最適蓄積時間でもってアライメントマークＦ１を再度撮像する（ステップＳ２０３）。なお、光量のトレランス判定で適正な光量であると判定された場合はそのまま図１１の処理を終えて図１０のステップＳ１０４へ進むことになる。
【００５６】
こうして、光量判定が適切となる蓄積時間で撮像された画像に基づいてアライメントマークＦ１のマーク位置が算出され、プリアライメント計測がなされたことになる（ステップＳ１０４）。
【００５７】
以上の処理によって算出されたマーク位置が目標に対して、Ｘ方向にｄｘ１、Ｙ方向にｄｙ１ずれていることが分かると（ステップＳ１０５）、高倍検出系の視野に入るように、ウエハの位置をdx1，dy1だけずらす（ステップＳ１０６）。この状態でアライメントマークＦ１が高倍検出系の視野に入るので、当該マークＦ１を高倍検出系（センサＳ２、光電変換素子４１１）を使って撮像する（ステップＳ１０７）。その後、高倍率検出系にとって適切な光量となっているかの判定を行い、適切な光量でなければ最適蓄積時間を算出して、高倍率検出系で再度アライメントマーク画像の取り込みを行う（ステップＳ１０８）。なお、ステップＳ１０８の処理は図１１のフローチャートで説明したものと同様である。こうして、最適光量で撮像された画像よりアライメントマークＦ１のマーク位置を算出し、アライメントマークＦ１についてはグローバルアライメント計測も完了する（ステップＳ１０９）。
【００５８】
次に、ステップＳ１１０〜Ｓ１１８において、アライメントマークＦ２に関してステップＳ１０１〜Ｓ１０９と同様の処理を行って、アライメントマークＦ２のマーク位置を算出する。以上の処理により、アライメントマークＦ１とＦ２についてはグローバルアライメント計測が完了し、夫々のＸ、Ｙ位置が正確に求まる。２ヵ所のマーク位置を計算できたら、ウエハをチャックに置いた際のθ成分と、中心のずれ（shift X、shift Y）を決定することができる。なお、アライメントマークの計測においては、計測する２つのマーク間隔が離れているほうが精度的に有利であることは上述したとおりである。すなわち、Ｆ１のつぎにＦ３を計測したほうが精度的には有利である。ここではスループットを考慮して、マークＦ３ではなくマークＦ２を見に行く形態としている。
【００５９】
従って、計測が行われていないマークＦ３、Ｆ４の目標位置をθとshift X，shift Yで補正し（ステップＳ１１９）、以後順番にＦ３、Ｆ４の高倍処理を行う（ステップＳ１２０〜Ｓ１２７）。なお、マークＦ３、Ｆ４への移動（ステップＳ１２０、Ｓ１２４）は、ステップＳ１１９で補正された目標位置を用いるので、確実に高倍率検出系による撮像及び計測が可能な位置へマークＦ３、Ｆ４を持ってくることができるため、いきなり高倍撮像によるグローバルアライメント計測が行われる。すなわち、マークＦ３、Ｆ４の位置算出においては、マークの目標位置が補正されているので低倍率検出系による観察は必要ない。また、マークＦ３、Ｆ４の高倍率検出系による撮像（ステップＳ１２１、Ｓ１２５）、光量判定、最適蓄積時間の算出、再撮像（ステップＳ１２２、Ｓ１２６）、マークＦ３、Ｆ４の位置算出（ステップＳ１２３、Ｓ１２７）については、それぞれ上記ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９と同様である。
【００６０】
以上のような処理によれば、従来ＰＡＬ，ＰＡＲのプリアライメントマーク位置に移動してマーク位置を求めていた処理が不要となり、その結果、ステージ移動時間が短縮できる。
【００６１】
なお、光量判定は、Ｆ１〜Ｆ４のすべてマークについて行われるが、上述したように、同一ウエハ、同一プロセスウエハであれば、蓄積時間の切り換え頻度は少ない。従って、切替えＮＤフィルタ４１５を用いて高倍率、低倍率の検出系切り換えのたびにＮＤフィルタの切り換えを行う従来の制御に比べて、その駆動時間によるスループット低下が排除される。従って、上記の様に蓄積時間を可変にすることで、スループットの向上を図ることができる。
【００６２】
以上、図１のアライメントマークを用いたアライメント処理について説明した。次に、図２、図３の形態のアライメントマークを用いたアライメント処理について説明する。
【００６３】
図１２は、図３の（ａ）に示したアライメントマークが形成されたウエハ基板を示す図である。図２、図３に示したアライメントマークは、プリアライメントを可能とするべくＸ計測マーク（Ｘ１〜Ｘ４）とＹ計測マーク（Ｙ１、Ｙ２）を含むが、グローバルアライメントではＸ計測マークのみが用いられる。従って、図１２に示すように、ＦＸ１とＦＹ１、ＦＸ２とＦＹ２というように、図３（ａ）に示したマークとそれを９０度回転させたマークが一組として用いられる。なお、アライメント機構は、図４、図６に示した通りである。
【００６４】
ウエハＷが半導体製造装置に供給されると、ウエハの外周とオリフラまたはノッチＮ（図１２ではノッチＮが示されている）を用いて、メカニカルアライメント装置ＭＡがメカニカルな位置合わせを行い、ウエハＷのラフな位置を決定する（ステップＳ０２）。次にウエハは不図示のウエハ供給装置でチャックＣＨに載せられ（ステップＳ０３）、低倍率検出系によりプリアライメントを行う（ステップＳ０４）。プリアライメントでは、図１２に示されるマークＦＸ１とＦＸ３あるいは、ＦＹ１とＦＹ３が用いられる。プリアライメントでは、各マークをスコープＳＣの低倍率検出系を用いて撮像し、パターンマッチングによりそのマーク位置を求めて、ウエハの中心を検出する。プリアライメントでは２つのマーク間隔が離れて入るほど精度が良くなる。最後に、グローバルアライメントを行い、正確にウエハの位置および、露光ショットの位置が求められる（ステップＳ０５）。グローバルアライメントでは、プリアライメントより高い倍率の検出系を用いてウエハ上の複数のアライメントマークＦＸ１〜４、ＦＹ１〜４を計測し、ウエハのＸ，Ｙ方向のずれと、回転成分、および、ショット配列の倍率成分を求める。
【００６５】
さて、本実施形態では、ＦＸ１とＦＸ３のプリアライメント計測時に、グローバルアライメント計測も行うことにより、アライメント処理の時間短縮を図る。以下、図９と図１３を用いて処理手順を説明する。
【００６６】
図９に示すステップＳ１２、Ｓ１３の処理は上述した通りである。ステップＳ１４のファインアライメントでは、図１３に示す処理が実行される。
【００６７】
まず、マークＦＸ１が低倍率検出系の視野に入る位置にウエハを移動し、マークＦＸ１を低倍率検出系で撮像する（ステップＳ３０２）。次に、撮像された画像の光量のトレランス判定を行い、適切な光量でなければ、最適蓄積時間を算出し、再度マークＦＸ１を撮像する（ステップＳ３０３、図１１）。こうして、光量判定がＯＫとなった画像に基づいてマーク位置が算出される（ステップＳ３０４）。以上の処理によって、マーク位置が目標に対して、Ｘ方向にdx1、Ｙ方向にdy1ず゛れていることが分かると（ステップＳ３０５）、高倍率検出系の視野に入るように、ウエハの位置をdx1，dy1ずらす（ステップＳ３０６）。この状態で、アライメントマークＦＸ１が高倍率検出系の視野に入るので、高倍率検出系を使ってマークＦＸ１を撮像する（ステップＳ３０７）。その後、高倍率検出系にとって適正な光量であるかの判定を行い、適正な光量でない場合には、最適蓄積時間を設定し、再度高倍でマーク画像の取り込みを行う（ステップＳ３０８、図１１）。撮像されたデータよりＦＸ１のマーク位置を算出する（ステップＳ３０９）。
【００６８】
次に、ステップＳ３０５において算出されたdx1，dy1を用いて、アライメントマークＦＹ１の目標位置を補正し、マークＦＹ１の位置に移動する（ステップＳ３１０）。ＦＸ１とＦＹ１の距離は近いのでウエハをチャックに置いた際のθ成分の影響を余り受けない。このため、マークＦＹ１を高倍率検出系の視野範囲に入れることができる。従って、マークＦＹ１を直ちに高倍率検出系で撮像及び光量判定し、アライメントマークＦＹ１のマーク位置算出を行う（ステップＳ３１１〜Ｓ３１３）。尚、ステップＳ３１１〜Ｓ３１３の処理は、ステップＳ３０７〜Ｓ３０９と同様である。
【００６９】
次に、アライメントマークＦＸ２の位置へ移動し、アライメントマークＦＸ１及びＦＹ１の場合と同様の処理により、アライメントマークＦＸ２及びＦＹ２の位置を算出する（ステップＳ３１４〜Ｓ３２０）。
【００７０】
２ヵ所のマーク位置、すなわち「ＦＸ１、ＦＹ１」と「ＦＸ２、ＦＹ２」のマーク位置を計算できたならば、ウエハをチャックに置いた際のθ成分と中心のずれ（shift X、shift Y）を決定することができる。従って、グローバルアライメントでの計測が済んでいないアライメントマークＦＸ３，ＦＸ４，ＦＹ３，ＦＹ４の各目標位置をθとshiftX、shift Yで補正し（ステップＳ３２１）、アライメントマークＦＸ３，ＦＹ３，ＦＸ４，ＦＹ４を高倍率検出系で検出して、光量判定、位置の算出を行う（ステップＳ３２２〜Ｓ３２５）。すなわち、アライメントマークＦＸ３，ＦＹ３，ＦＸ４，ＦＹ４に対して、ステップＳ３０７〜Ｓ３０９と同様の処理を順次実行していく。マークの目標位置がステップＳ３２１で正確に補正されているので低倍率で観察する必要はない。
【００７１】
以上の方法によれば、従来ＰＡＬ，ＰＡＲ位置に移動してプリアライメントを行うことが必須であったが、ＰＡＬ，ＰＡＲへ移動しなくても処理できるようになる。その結果、アライメント処理におけるステージ移動時間が短縮できる。
【００７２】
また、光量が適正か否かの判定は、全てのアライメントマークの撮像時に行われる。通常、同一ウエハ、同一プロセスウエハであれば、一度蓄積時間を最適化した後は、適正光量が得られ、蓄積時間の切り換えの頻度は少ない。従って、従来、切替えＮＤフィルタの切り換え駆動時間によるスループット低下を招いていたが、上記の様に蓄積時間を可変にすることで、スループットの向上を図れることが出来るのは明白であろう。
【００７３】
なお、図４に示した構成は、オフアクシスアライメント方式の半導体製造装置で説明したが、ＴＴＬアライメント方式でも、レチクル（Mask）を通してウエハのマークを観察するＴＴＲアライメント方式であっても、低倍と、高倍を同時に観察することのできるスコープを使用し、プリアライメントとグローバルアライメントを兼用できるマークを観察するならば、方式は問わない。
【００７４】
＜第２実施形態＞
アライメントスコープの別実施形態として、図１４を用いて説明する。図１４に於いて、図６と異なる点は、高倍率検出系がＸ，Ｙ独立の検出系（４１０〜４１１、４１０’〜４１１’）を構成している点である。図１４のその他の構成については、図６で解説済みなので、詳細な説明は割愛し、異なる点に関して説明する。
【００７５】
ハーフミラー４１５で分割され、透過した光は高倍率検出系側に構成された第２のハーフミラー４１６で２分割される。ハーフミラー４１６で反射した光は、Ｘ計測専用の高倍率検出結像光学系４１０’を通して、光電変換素子（蓄積時間可変カメラ）４１１’に導光され、アライメントマークＡＭ像を素子上に結像する。一方、ハーフミラー４１６を透過した光は、Ｙ計測専用の高倍率検出結像光学系４１０に導光され、Ｘ計測と同様に、蓄積時間可変カメラ４１１上に、アライメントマークＡＭ像を結像する。何れも光電変換素子から光電変換された信号に基づき、アライメントマークＡＭ位置を算出する点は上述と同様である。
【００７６】
それぞれの光電変換素子４１１、４１１’から得られた画像信号は、制御装置４２１に送られ、信号強度より最適蓄積時間が算出される点も上述と同様である。更に、制御装置４２１で算出された最適蓄積時間に基づき、光電変換素子４１１、４１１’は画像データを採取する事が出来る構成となっている点も同様である。
【００７７】
このＸ、Ｙそれぞれの検出系で異なる光量（最適蓄積時間）となる場合について、図１５、図１６を用いて詳細に説明する。
【００７８】
図７ではＸＹ計測用マークの明るさは同じであるという前提で表現しているが、図１５に於いては、Ｘ計測用マーク（斜線マーク）に比べて、Ｙ計測用マーク（塗りつぶしマーク）の方がマークの信号強度が高くなっている場合を示している。尚、図では表記上、明るい部分を黒として表現している。この様な、Ｘ、Ｙ計測マークで明るさが異なる原因の一つとしては、例えば、Ｘ計測マークとＹ計測マークをウエハＷ上に作成する際に、異なるプロセスで作成したような場合が考えられる。
【００７９】
こうして検出されるアライメントマークＡＭの検出信号強度を模式的に表したのが図１６であり、（ａ）、（ｃ）はＹ信号、（ｂ）、（ｄ）はＸ信号を表している。なお、本実施形態では、Ｘ計測専用の高倍率検出系に関してはウインドウ１５０１内の信号強度を、Ｙ計測専用の高倍率検出系に関してはウインドウ1502内の信号強度を用いて蓄積時間の最適化を行う。また、蓄積時間の最適条件が見つかっていない状態で検出された信号が、（ａ）と（ｂ）であり、ある蓄積時間t0で取り込んだアライメントマークＡＭの信号が示されている。この様に、同じ蓄積時間では、ＸとＹの光量が異なっている場合、それぞれの検出系にとって、最適な蓄積時間が算出される。例えば図１６の場合、Ｙ信号に関しては２×t0、Ｘ信号に関しては３×t0が設定される。
【００８０】
又、上記実施形態で記載したが、要求される計測再現性ＭＲmaxに対して、最少光量トレランスＩminが予め設定されている。最大光量トレランスＩmaxは、信号強度の飽和レベルに対して、特定のマージンを持たせたものである。尚、Ｉmaxは飽和レベルと同じとしても良い。以上の様に光量の最小値Ｉmin、最大値Ｉmaxが予め設定されており、これらを用いて光量判定を行い、トレランス外であれば、最適蓄積時間の算出を行う。
【００８１】
図１６の例では、飽和レベルに対してＩminを８５％、Ｉmaxを９５％とし、Ｙ計測に対して初期蓄積時間では光量が４５％であり、Ｉminを満足していない。この信号は、２倍の光量にすることで、Ｉmaxよりも低く、且つ光量の高い（コントラストの高い）信号として検出可能となる。尚、蓄積時間の目標値としてはＩmaxやＩminそのもの、或いはＩmaxとＩminの平均値にしても良く、ＩminとＩmaxの範囲内にあればよい。
【００８２】
一方、Ｘ計測に対しては、得られた光量が３０％であり、３倍の光量まで上げることでＹ計測と同様な光量（コントラスト）で計測が可能となる。従って調光する場合、初期の蓄積時間t0に対してＹ計測は２倍、Ｘ計測は３倍の蓄積時間を設定し、それぞれ再度画像を取り込むことで、最適な信号強度での位置計測が可能となる。この状態を示している図が、図１６の（ｃ）、（ｄ）である。
【００８３】
尚、初期蓄積時間t0で得られた光量をＩ、追い込み目標値を（Ｉmax＋Ｉmin）／２とすると、最適蓄積時間ｔ＝(Ｉmax＋Ｉmin)／２／Ｉ×t0で求める事が出来る。但し、上記の関係式に限定されるものでは無くその他の関係式で最適蓄積時間を求めても良く、要するにトレランス内に入るような蓄積時間を求めることに意味があることは言及するまでも無い。
【００８４】
以上の様に、Ｘ方向、Ｙ方向で異なる最適蓄積時間が必要な場合に対しても、それぞれの光電変換素子の蓄積時間が設定できる為、ＸＹそれぞれに対して切替えＮＤフィルタを切り換え駆動する必要がなく、スループットの向上を図ることが出来る。
【００８５】
なお、上述してきた各実施形態では、切替えＮＤフィルタを全く使用しない場合について解説してきたが、切替えＮＤフィルタを併用することで、蓄積時間をさほど延ばさずに、且つ光量調整のダイナミックレンジを広げることも可能となる。図１７では、横軸に蓄積時間、縦軸に光量を示している。蓄積時間をt0〜t1まで可変とし、その補完となる様にＮＤフィルタＮＤ１〜ＮＤ４までを構成することで、連続的に光量調整が可能となることがわかる。例えば、蓄積時間をt=t0〜2×t0まで可変とするならば、ＮＤフィルタは、ＮＤ１＝１００％、ＮＤ２＝５０％、ＮＤ３＝２５％、ＮＤ４＝１２．５％となるよう構成すれば、連続的に調光可能となることは明白であろう。この様に、離散的なＮＤフィルタを構成した場合でも、蓄積時間による調光を利用することで、厳密な調光が可能となり、より高精度な位置検出が可能となる。
【００８６】
尚、上記した切替えＮＤフィルタを用いた場合、ＸＹが同じ光量或いは、同一ＮＤフィルタで蓄積時間だけを変えることが出来る範囲では、スループットの向上を図ることが出来る。従って、蓄積時間設定範囲を最適にし、ＮＤフィルタをの構成を最適にすることにより、出来るだけ切替えＮＤフィルタの切替え頻度を少なくでき、且つ蓄積時間をあまり長くしなくとも調光が可能となる。
【００８７】
以上、ＸＹの位置検出系を例に述べて来たが、これに限定されるものではなく、ウエハ面の高さ方向を測定するフォーカス検出系にも応用できることは容易に推測できる。要するに複数の光電変換素子を有する検出系に於いて、それぞれの光電変換素子に対して蓄積時間を可変とし、それぞれ最適蓄積時間で計測できる計測系であれば、本発明は適用可能である。
【００８８】
なお、上記各実施形態では、各光電変換素子の蓄積時間を調整することによりマーク検出のための信号強度を調整したが、各光電変換素子に到達する光量を調整するようにしてもよい。これは例えば、光電変換素子毎に透過率の異なる複数種類のフィルタを設けておき、これらの中から１つを選択して用いるように構成することで実現できる。すなわち、上記実施形態に即していえば、低倍率検出系、高倍率検出系（或いは、Ｘ、Ｙ専用の高倍率検出系）のそれぞれに独立の切替えＮＤフィルタを構成する。ただし、この場合、蓄積時間を個々の検出系で設定できるように構成する上記各実施形態に比べ、装置の機構が若干複雑になり、且つ拡大する可能性がある。また、ＮＤフィルタの切り換え時間によるスループットが低下する可能性もある。こうした意味でも、本実施形態による蓄積時間の変更による調整はより好ましい形態であるといえる。或いは、光電変換素子の出力電気信号に対する増幅率を調整することでマーク検出のための信号強度を調整するようにしてもよい。すなわち、各光電変換素子毎の信号増幅回路における増幅率を個別に調整可能としておくことで、信号強度を調整でき、計測再現性を向上することができる。
【００８９】
以上説明したように、上記各実施形態によれば、プリアライメントとグローバルアライメントの両方を計測できるマークを使うことで、同一マークについて低倍と高倍の画像を同時に観察して、位置計測することができるため、従来のプリアライメント処理が短縮される。特に、複数の光電変換素子に蓄積時間可変カメラを用いることにより、切替えＮＤフィルタの様な駆動系を有さずとも調光可能となるのでスループットの向上が図れるとともに、装置の拡大を防ぐことが出来る。また蓄積時間調光により厳密な光量調整がそれぞれの検出系に対して可能となって、より高精度な位置検出が可能となる。
【００９０】
また、切替えＮＤフィルタと蓄積時間を用いた調光を併用することにより、光量調整のダイナミックレンジを広げることが可能である。更には、蓄積時間可変カメラを使用することで、ハーフミラーＭ２の製造上の透過率誤差を補償し、よりダイナミックレンジの広い調光が可能となる。
【００９１】
＜半導体製造プロセスの説明＞
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図２２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。ステップＳ２０１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２０２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップＳ２０３（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。
【００９２】
ステップＳ２０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ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Ｓ２０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ２０４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。ステップＳ２０６（検査）ではステップＳ２０５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Ｓ２０７）する。
【００９３】
前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。
【００９４】
図２３は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ２１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ２１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップＳ２１３（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Ｓ２１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ２１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ２１６（露光）では上記説明したＸ線露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップＳ２１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ２１８（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Ｓ２１９（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。
【００９５】
これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の位置検出系のそれぞれにおいて適切な光量を設定することが可能となるので、マーク検出の高精度化を図ることができる。また、本発明によれば、マーク検出の高精度化に加え、マーク検出時間の短縮、アライメント処理の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態で利用可能なアライメントマークの一態様を説明する図である。
【図２】本実施形態で利用可能なアライメントマークの他の態様を説明する図である。
【図３】本実施形態で利用可能なアライメントマークの更に他の態様を説明する図である。
【図４】本実施形態によるアライメント機構を備えた露光装置の構成を説明するブロック図である。
【図５】図１のアライメントマーク（Ｆ１〜Ｆ４）が形成されたウエハを示す図である。
【図６】図４に示したスコープＳＣの詳細な構成を示すブロック図である。
【図７】ウエハ上のスクライブライン上に構成された図１のアライメントマークをスコープＳＣによって観察した様子を示す図である。
【図８】光量と計測再現性の関係を示す図である。
【図９】第１の実施形態によるアライメント処理手順を説明するフローチャートである。
【図１０】第１の実施形態によるアライメント処理手順を説明するフローチャートである。
【図１１】ステップＳ１０３における処理内容を詳細に示すフローチャートである。
【図１２】図３の（ａ）に示したアライメントマークが形成されたウエハ基板を示す図である。
【図１３】図１２に示したアライメントマークに対応したアライメント処理手順を説明するフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態によるスコープの詳細な構成を示すブロック図である。
【図１５】アライメントマークのＸ、Ｙそれぞれの検出系で光量が異なる様子を説明する図である。
【図１６】アライメントマークのＸ、Ｙそれぞれの検出系で光量が異なる様子を説明する図である。
【図１７】ＮＤフィルタの切り換えと蓄積時間の調整による光量制御を説明する図である。
【図１８】一般的なアライメント機構の構成を説明するブロック図である。
【図１９】アライメントマークが形成されたウエハを示す図である。
【図２０】一般的なアライメント処理の手順を説明するフローチャートである。
【図２１】スコープＳＣの構成の概略を示す図である。
【図２２】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２３】図２２のウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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