JP2005303043A - 位置検出方法とその装置、位置合わせ方法とその装置、露光方法とその装置、及び、位置検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ同期精度等に起因する精度の悪化を低減し、正確にパターンの位置を検出することができる位置検出方法を提供する。
【解決手段】ウエハ１２の各ショット領域に転写されているパターンについて、スキャン方向に基づく配列の規則性を検出し、検出された規則性に基づいて、各パターンの位置を検出する。従って、転写されているパターンに、スキャン方向に依存するような規則性のある配列誤差がある場合には、この誤差を直接吸収することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子及び薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以後、電子デバイスと総称する。）を製造する際のリソグラフィー工程に適用して好適な、位置検出方法とその装置、位置合わせ方法とその装置、露光方法とその装置及び位置検出プログラムに関する。

電子デバイスの製造にあたっては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル（以後、レチクルと総称する。）に形成された微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する。）上に投影露光することが行われる。例えばステップ・アンド・リピート方式の露光装置においてレチクルとウエハとが高精度に位置合わせ（アライメント）され、レチクルのパターンがウエハ上に既に形成されているパターンに重ね合わせられて投影露光される。

レチクルのアライメントの方式としては、露光光を用いる方式が一般的と言える。露光光をレチクル上に描画されたアライメントマークに照射し、ＣＣＤカメラ等で撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式等が適用されている。

ウエハのアライメントの方式としては、レーザ光をウエハのドット列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を用いてマーク位置を計測するＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光でアライメントマークを照明し、ＣＣＤカメラ等で撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignment)方式、及び、ウエハ上の回折格子状のアライメントマークに周波数を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置を計測するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）方式等がある。

また、ウエハアライメントには、ウエハのショット領域ごとにアライメントマークを検出して位置合わせを行うダイ・バイ・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメント方式と、ウエハのいくつかのショット領域のみのアライメントマークを検出し、ショット領域の配列の規則性を求めることで各ショット領域を位置合わせするグローバル・アライメント方式とがある。電子デバイスの製造ラインでは、現在のところ、スループットとの兼ね合いから、主にグローバル・アライメント方式が使用されている。特に最近では、ウエハ上のショット領域の配列の規則性を統計的手法によって高精度に検出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が広く用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

これらの光学式アライメントにおいては、まず、レチクル上のアライメントマークを検出し、位置座標を計測する。次に、ウエハ上のアライメントマークを検出し、位置座標を計測する。次に、これらの計測結果から、重ね合わせられるショットの位置を求める。これらの結果をもとに、ショット位置にレチクルのパターン像が重なるように、ウエハをウエハステージにより移動させ、レチクルのパターン像を投影露光する。
特開昭６１−４４４２９号公報 特開昭６２−８４５１６号公報

ところで、これらのアライメントに対する精度の要求は、パターンの微細化とともに厳しくなってきており、より高精度なアライメントが要望されている。

しかしながら、レチクルやウエハを移動（スキャン）するステージの動作（スキャン動作）やレチクルステージとウエハステージとの同期精度等に関係すると考えられるいくつかの要因により、高精度なアライメントが行えないという問題がある。

具体的には、基板上に既に転写されたパターンにおいては、最初の層（１st.レイヤー）に配列誤差が生じている場合がある。また、各転写においては、ディストーション及び線幅（解像度）のばらつき等の変形が発生する場合がある。これらはいずれも、スキャン露光を行う際のスキャン方向（ステージの走査移動方向）の正逆差に強く依存することが知られている。

なお、これらの要因は、例えば露光スリット形状を窓関数とした時、配列誤差は窓内のずれ平均値のショット内平均で表され、ディストーションは窓内ずれ平均値のショット内のばらつき（標準偏差）で表され、また、線幅（解像度）のばらつきは窓内ばらつき（標準偏差）のショット内平均で表される。

また１つの要因としては、スキャン露光装置においては、レチクルから発生（通過）したパターン光がウエハに到達するまでの間にも、ウエハ側もスキャン移動を行っているがために、パターン光がウエハ上に到達した時のウエハ上の位置（ショットの露光開始位置）が、当初の目標位置よりも若干ずれた位置となることも考えられる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステージのスキャン動作やステージ同期精度等に起因する精度の悪化を低減し、正確にパターンの位置を検出することができる位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、スキャン動作やステージ同期精度等に起因する精度の悪化を低減し、高精度にパターンの位置合わせを行うことができる位置合わせ方法及び位置合わせ装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、スキャン動作やステージ同期精度等に起因する制度の悪化を低減し、高精度にパターンを転写することのできる露光方法及び露光装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、露光装置等の装置にローディングして実質的にコンピュータにより実行させることにより、ステージ同期精度等に起因する精度の悪化を低減し、より正確にパターンの位置を検出することができる位置検出プログラムを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係る位置検出方法は、マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら前記パターンを複数のショット領域の各々に転写した基板に対して前記転写されたパターンの位置を検出する方法であって、前記ショット領域ごとのスキャンの方向に応じた前記転写されたパターンの配列の規則性を検出し（ステップＳ２２２）、前記転写された前記パターンの位置を、前記検出した前記パターンの配列の規則性に基づいて検出する（ステップＳ２２３）（図２参照）（請求項１）。

このような位置検出方法においては、まず、ウエハの各ショット領域に転写されているパターンについて、スキャン方向に基づく配列の規則性を検出し、検出された規則性に基づいて、各パターンの位置を検出している。従って、例えば転写されているパターンに、スキャン方向に依存するような規則性のある配列誤差がある場合には、この誤差を適切に把握し、誤差を把握した正確な位置検出ができる。また、検出された位置を用いて位置合わせを行う場合には、配列誤差に追従して各ショット領域のパターンに対して正確な位置合わせを行うことができる。さらに、そのように位置合わせして露光を行うことにより、高精細な回路、素子等のパターンを有する高性能な電子デバイスを製造することができる。

好適には、複数のサンプルショット領域に対して前記転写されたパターンの位置を計測し（ステップＳ２１２、Ｓ２１３）、前記計測結果に基づいて統計的演算処理を行い、前記基板の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する演算式を決定し（ステップＳ２２２）、前記決定された演算式に基づいて、前記基板上の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する（ステップＳ２２３）位置検出方法であって、前記演算式は、前記スキャンの方向に応じた前記パターンの配列の規則性に関する所定の演算項を有し、前記パターンの配列の規則性を検出する工程においては、前記演算項を規定する所定のパラメータを検出する（図２参照）（請求項２）。

好適には、前記演算式は、前記スキャンの方向に応じた前記パターンの位置のオフセット値及びショット内成分の少なくとも一方を算出する演算項を有し、前記パターンの配列の規則性を検出する工程においては、前記オフセット値及びショット内成分の少なくとも一方を算出するための前記所定のパラメータを算出する（請求項３）。

また、本発明に係る位置検出装置は、マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら前記パターンを複数のショット領域の各々に転写した基板に対して、前記転写されたパターンの位置を検出する装置であって、前記ショット領域ごとのスキャンの方向に応じた前記転写されたパターンの配列の規則性を検出する配列規則性検出手段と、前記転写された前記パターンの位置を、前記検出した前記パターンの配列の規則性に基づいて検出する位置検出手段とを有する（請求項４）。

また、本発明に係る露光方法は、マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら前記パターンを基板上の複数のショット領域の各々に転写する露光方法であって、前述したいずれかの位置検出方法により、前記基板上の第１の層内の前記ショット領域の各々に転写されたパターンについて前記スキャンの方向に応じた前記パターンの配列の規則性を検出し、当該規則性に基づいて前記第１の層に転写された前記各パターンの位置を検出する工程と（ステップＳ２２３）、前記基板の前記ショット領域の各々について、前記検出された前記第１の層に転写された前記パターンの位置に基づいて、当該第１の層上に積層される第２の層上に前記次のパターンが転写されるように、前記次のパターンの転写位置を合わせる工程と（ステップＳ２３１）を含むことを特徴とする。（図２参照）（請求項５）
好適な一具体例としては、前記第１の層の前記パターンを転写した際に、当該パターンを転写する際の前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向の情報を記憶しておき、前記第２の層以降のパターンを積層する際には、前記記憶された前記スキャンの方向の情報を参照し、前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する（請求項６）。

また、好適な他の具体例としては、前記第２の層以降のパターンを転写する際に、前記基板上のショット領域に対するスキャンの方向が、前記第１の層のパターンを転写する際のスキャンの方向と同じになる露光装置を使用し、前記露光装置におけるスキャンの方向を参照し、前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する（請求項７）。

また、好適な他の具体例としては、前記第２の層以降のパターンを転写する際に、前記第１の層の複数のショット領域上に形成されたパターンの位置を検出し、前記検出した位置に基づいて、前記配列の規則性に関する所定の特徴量を算出し、前記算出した特徴量のクラスタリングを行うことにより前記ショット領域を分類し、前記分類結果に基づいて、前記スキャンの方向に応じた前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する（請求項８）。

また、本発明に係る露光装置は、マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら、基板上に規定される複数のショット領域の各々に転写する露光装置であって、少なくとも第１の層のパターンが前記ショット領域の各々に形成されている基板について、当該第１の層のパターンを転写する際の前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向に応じた前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する配列規則性検出手段と、前記規則性に基づいて前記基板上の前記ショット領域の各々に形成されたパターンの位置を検出する位置検出手段と、前記基板の前記ショット領域の各々について、前記検出された当該ショット領域に形成された前記パターンの位置に、当該パターンの上に積層する次のパターンの転写位置を合わせる位置合わせ手段と、前記各ショット領域の前記位置を合わせた転写位置に、前記次のパターンを転写する露光手段とを有する（請求項９）。

また、本発明に係る他の露光方法は、マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら、基板上に規定される複数のショット領域の各々に転写する方法であって、前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向を検出し、前記検出されたスキャンの方向に応じて、前記ショット領域の各々に対する前記露光に関する所定の条件を制御し、前記制御に基づいて露光を行い前記パターンの転写を行う（請求項１３）。

好適には、前記露光に関する所定の条件は、露光光量を含むことを特徴とする。（請求項１４）
また好適には、前記露光に関する所定の条件は、アライメント条件を含むことを特徴とする。（請求項１５）。

また、本発明に係る他の露光装置は、マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら、基板上に規定される複数のショット領域を前記パターンで露光して当該パターンを前記ショット領域の各々に転写する露光装置であって、前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向を検出するスキャン方向検出手段と、前記検出されたスキャンの方向に応じて、前記ショット領域の各々に対する前記露光に関する所定の条件を制御する制御手段とを有する（請求項１６）。

また、本発明に係る位置検出プログラムは、マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら当該パターンを複数のショット領域の各々に転写した基板に対して、前記ショット領域の各々に形成された前記パターンの位置を検出するためのプログラムであって、複数のサンプルショット領域に対して前記転写された前記パターンの位置を計測する機能と、前記計測結果に基づく統計的演算処理により、前記スキャンの方向に応じた前記パターンの配列の規則性に関するパラメータを含む所定のパラメータを検出し、前記基板上の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する演算式を決定する機能と、前記決定された演算式に基づいて、前記基板上の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する機能とをコンピュータに実現させるための位置検出プログラムである（請求項１７）。

なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施の形態の態様に限定されることを示すものではない。

本発明によれば、スキャン動作やステージ同期精度等に起因する精度の悪化を低減し、正確にパターンの位置を検出することができる位置検出方法及び位置検出装置を提供することができる。

また、スキャン動作やステージ同期精度等に起因する精度の悪化を低減し、高精度にパターンの位置合わせを行うことができる位置合わせ方法及び位置合わせ装置を提供することができる。

また、スキャン動作やステージ同期精度等に起因する制度の悪化を低減し、高精度にパターンを転写することのできる露光方法及び露光装置を提供することができる。

また、露光装置等の装置にローディングして実質的にコンピュータにより実行させることにより、スキャン動作やステージ同期精度等に起因する精度の悪化を低減し、正確にパターンの位置を検出することができる位置検出プログラムを提供することができる。

第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る露光装置１００の構成を示す図である。

まず、露光装置１００の構成について説明する。

露光装置１００においては、超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源１から射出された照明光は、反射鏡４で反射されて波長選択フィルタ５に入射する。波長選択フィルタ５は、露光に必要な波長の光のみを通過させる。

波長選択フィルタ５を通過した照明光は、フライアイインテグレータ６によって均一な強度分布の光束に調整されてレチクルブラインド７に到達する。レチクルブラインド７は、開口Ｓの大きさを変化させて照明光によるレチクル１０上の照明範囲を調整する。

レチクルブラインド７の開口（スリット開口）Ｓを通過した照明光は、反射鏡８で反射されてレンズ系９に入射する。このレンズ系９により、レチクルブラインド７の開口Ｓの像（スリット像）がレチクル１０上に結像され、レチクル１０の所望範囲が均一な照度で照明される。

レチクル１０の照明範囲に存在するショットパターン又はアライメントマークの像は、投影光学系１１によりレジストが塗付されたウエハ１２上に結像され、これによりウエハ１２の所定のショット領域にレチクル１０のパターン像が転写される。

ウエハ１２はステージ１３上に真空吸着されて保持されている。

ステージ１３は、互いに直交するＸ，Ｙ方向へ移動可能な一対のブロックを重ね合わせた周知の構造を有している。ステージ１３は、モータ等のステージ駆動手段２１で駆動され、これにより、ステージ移動座標系内におけるステージ１３の位置、すなわち、投影光学系１１の露光視野と重なるウエハ１２上のショット位置が調整される。

また、ステージ１３は、Ｚ方向にも駆動するようになっている。これにより、ウエハ１２上のショット領域の位置が投影光学系１１の結像面と重なるようにステージ１３の高さを調整する。

ステージ１３の近傍には、ステージ１３のＸ方向とＹ方向との位置を測定するレーザ干渉系２０が備えられ、ステージ１３の周辺部には、レーザ干渉系２０からのビーム１５を反射するための移動鏡１４が固定されている。なお、図１では、Ｘ方向の位置を計測するレーザ干渉系２０及び対応する移動鏡１４のみを示し、Ｙ方向の位置を計測するレーザ干渉系及び対応する移動鏡は図示を省略している。

レーザ干渉系２０により位置計測された測定値の情報は、ステージ制御系３６に出力される。

ステージ制御系３６は、レーザ干渉系２０からの測定値の情報に基づいて、ステージ駆動手段２１を制御する。ステージ制御系３６は、レーザ干渉系２０からの測定値の情報を主制御系３７に出力する。主制御系３７は、その情報に基づいてステージ制御系３６を制御する。

また、ステージ１３上には、ウエハ１２の表面と同じ高さの表面を有する基準マーク部材３３が固定されており、基準マーク部材３３の表面には、アライメントセンサ３１及び３２において基準位置を検出するための基準マークが形成されている。

投影露光装置１００には、レチクル１０とウエハ１２との位置合わせを行うアライメントセンサとして、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のレチクル・アライメントセンサ３１及びオフアクシス方式のウエハ・アライメントセンサ３２を有する。

レチクル・アライメントセンサ３１は、レチクル１０に形成されたアライメントマークと、投影光学系１１を介して観察される基準マーク部材３３上の基準マーク又はウエハ１２との位置関係（ずれ量）を計測する。

レチクル・アライメントセンサ３１のアライメント方式としては、ＬＳＡ方式、ＬＩＡ方式又は露光光アライメント方式のいずれかを適用することができるが、本実施形態では後述する露光光アライメント方式を採用するものとする。

ＬＳＡ方式は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等を使用してレーザ光をマークに照射し、当該マークからの回折光又は散乱光を光電センサ等で受光し、光電センサ等によって得られたマークの位置に関する信号（位置検出信号）を検出する方式である。

ＬＩＡ方式は、回折格子状のマークに、周波数を僅かに変えたＨｅ−Ｎｅレーザ等によるレーザ光を２方向から照射し、これによって発生した２つの回折光を干渉させて、その位相を検出する方式である。

また、露光光アライメント方式は、露光光をマークに照射し、ＣＣＤ（撮像素子）等で撮像して位置検出信号を検出する方式である。

なお、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザが露光光として用いられる場合には、投影光学系１１は露光光の波長近傍の光に対して色収差が調整されているので、露光光の波長と大きく異なるＨｅ−Ｎｅレーザに対しては色収差の影響が発生してしまう。このため、この場合は、露光光を用いる露光光アライメント方式を用いるのが好ましい。露光光アライメント方式においては、オフセットを考慮する必要がなく、投影光学系１１の光軸とアライメントセンサの光学系の光軸とのずれ量、いわゆるベースラインを管理する必要もないので、その点でも好適である。

オフアクシス方式のウエハ・アライメントセンサ３２のアライメント方式としては、ＦＩＡ方式、ＬＳＡ方式、ＬＩＡ方式又は露光光アライメント方式のいずれかを適用することができるが、本実施形態では後述するＦＩＡ方式のアライメントセンサをセンサ３２として採用するものとする。

ＦＩＡ方式は、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光をマークに照射し、ＣＣＤ等で撮像して位置検出信号を検出する方式である。

ＬＳＡ方式は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等を使用してレーザ光をマークに照射し、当該マークからの回折光又は散乱光を光電センサ等で受光し、光電センサ等によって得られた位置検出信号を検出する方式である。

ＬＩＡ方式は、回折格子状のマークに、周波数を僅かに変えたＨｅ−Ｎｅレーザ等によるレーザ光を２方向から照射し、これによって発生した２つの回折光を干渉させて、その位相からマークの位置を計測する方式である。

また、露光光アライメント方式は、露光光をマークに照射し、ＣＣＤ等で撮像して位置検出信号を検出する方式である。

これらのアライメントセンサ３１及び３２は、アライメント制御系３５により制御される。アライメントセンサ３１及び３２は、ウエハ上に形成されたアライメントマークの位置を検出するための信号をアライメント制御系３５に出力する。

次に、このような構成の露光装置１００の動作について、特に本発明に係るアライメント処理を中心に説明する。

まず、例えば各ロットごとの露光処理あるいは一連の電子デバイスの製造に係る露光処理に先だって、条件設定に相当する処理を行う（ステップＳ２１１〜Ｓ２１３）。

条件としては、まず、ＥＧＡ計算モデルを設定する（ステップＳ２１１）。第１の実施の形態においては、通常の６パラメータモデルに対して、式（１）に示すような、スキャンの方向に応じて有効になる２系統のオフセット成分を用いた計算モデル、すなわち、２個のオフセット成分の項を有する計算モデルを用いる。

式（１）は、ｘ方向ウエハスケーリングＷＳ_Ｘ、ｙ方向ウエハスケーリングＷＳ_Ｙ、ウエハローテーション（回転）ｘ成分ＷＲ_Ｘ、ウエハローテーション（回転）ｙ成分ＷＲ_Ｙ、正（＋）方向スキャン時のｘ方向オフセットＯ_Ｘ＋、正（＋）方向スキャン時のｙ方向オフセットＯ_Ｙ＋、負（−）方向スキャン時のｘ方向オフセット成分Ｏ_Ｘ−、及び、負（−）方向スキャン時のｙ方向オフセット成分Ｏ_Ｙ−の８個のパラメータを含む。

ただし、式（１）において、
ＷＸは、ショット位置のｘ座標、
ＷＹは、ショット位置のｙ座標、
Δｘは、ショット位置のｘ方向のずれ、
Δｙは、ショット位置のｙ方向のずれ、
Ｉ(＋)は、正(＋)方向スキャン時に１、負(−)方向スキャン時に０となる係数、
Ｉ(−)は、正(＋)方向スキャン時に０、負(−)方向スキャン時に１となる係数、
である。

次に、ウエハに既に形成されているパターンについて、それ以前の層（既存レイヤー）上に転写されたパターンの各ショット領域ごとのスキャン方向の情報を得る（ステップＳ２１２）。

スキャン方向の情報を得る方法としては、例えば、現露光装置のスキャン方向を参照する方法、スキャン方向の情報を伝達する方法、及び、ウエハ上に形成されたパターンからクラスタリング手法により検出する方法等の種々の方法が考えられ、どのような方法を用いてもよい。

本実施の形態においては、現露光装置のスキャン方向を参照する方法を用いる。すなわち、処理対象のウエハのパターン既存レイヤー（例えば、１st.レイヤー）上にパターンを転写した露光装置と、今回積層されるレイヤー（例えば２nd.レイヤー）上にパターンを転写するために使用する露光装置１００（現露光装置）とは、ショット領域の構成（設計上のショット配列のことであり、いわゆるショットマップ）が同一のウエハに対しては、同一のスキャンルールによりスキャンを行うものとする。その場合、パターン既存レイヤー上にパターンを転写した際の各ショット領域のスキャン方向と、現露光装置でこれから露光を実行する際におけるスキャン方向とは同一の方向となる。そこで、露光装置１００において、今回積層されたレイヤー（２nd.レイヤー）に新たにパターンを転写するために主制御部３７によりレチクル１０のスキャン及びウエハステージ１３の移動に使用される各制御情報を参照し、各ショット領域のスキャン方向の情報を得て、これをパターン既存レイヤー（１st.レイヤー）最初に転写されたパターンの各ショット領域ごとのスキャン方向とする。

具体的には、図３に示すように、図示のごとくショット領域３１０が設定されているウエハ３００においては、各ショット領域３１０に対して、例えば矢印で示すようなスキャン方向の情報を得る。

なお、スキャン方向の情報を伝達する方法は、パターンが既存するレイヤー（前層、１st.レイヤー）上にそのパターンを転写した際に、各ショット領域ごとのスキャン方向の情報をファイル等に記憶しておき、このファイルを後のパターンを転写する露光装置に入力する方法である。

また、クラスタリングを用いる方法は、スキャン方向に依存しない通常の演算式を用いて各ショット領域（サンプルショット領域でも可）のオフセットを検出し、検出したオフセット値をクラスタリングすることにより、オフセット値をグループ分けする方法である。スキャン方向に依存する配列誤差が存在する場合、オフセット値の分布は、各スキャン方向に依存する２つの分布を形成する。従って、例えばオフセット値の平均値で分布を区分けすることにより、オフセット値を２つのグループに分類することができる。そして、同一の各グループに属するオフセット値を示す各ショット領域は、同一のスキャン方向でスキャンされたものとみなすことができる。なお、この方法においては、各グループが正方向のスキャンなのか負方向のスキャンなのかを知ることはできないが、ショット領域の分類（グループ分け）と各グループに対応するパラメータが検出できればよく、スキャン方向の特定は不要である。

次に、露光対象のウエハに対してサンプルショットを選定する（ステップＳ２１３）。

サンプルショットは、設定したＥＧＡモデルの計算式のパラメータの数、要求される精度及び計測時間等に基づいて適切な数が選定される。すなわち、少なくともＥＧＡ計算モデルの全てのパラメータ（第１の実施の形態においては、８個）を算出可能で、統計処理上、精度が確保でき、計測時間が許容時間内でなるべく短くなるような範囲の数とされる。

また、選定するショット領域は、正（＋）方向のスキャン領域と負（−）方向のスキャン領域とが、各々適度な数存在するように選定する。

式（１）に示すようなＥＧＡ計算モデルを適用し、図３に示すようなスキャン方向でスキャンされるウエハに対しては、例えば、図４に示すようなショット領域をサンプル領域として選定する。図４に示す例では、正（＋）方向のスキャン領域から６個、負（−）方向のスキャン領域から６個の合計１２個の領域をサンプル領域として選定している。

このような条件設定の処理を行ったら、露光装置１００は、そのロットの露光処理を開始しする。

露光装置１００は、ウエハのプリアライメント、ステージ上へのウエハローディング等を行った後、レチクルのパターンの転写位置とウエハ上に既に形成されている下層のパターンの位置とを合わせるアライメントを行う。

そのために、露光装置１００は、まず、ウエハの各ショット領域の位置を検出する（ステップＳ２２１〜Ｓ２２３）
露光装置１００は、まず、予め設定されているサンプルショット領域に付随して形成されているアライメントマークの位置座標をアライメントセンサ３２で計測する（ステップＳ２２１）。

次に、計測したサンプルショットの位置座標に基づいて、最小二乗法等の統計演算処理を用いて、式（１）に示したＥＧＡモデルの各パラメータを算出する（ステップＳ２２２）。

すなわち、まず、計測したｍ個のサンプルショット領域（例えば図４に示す例においては、ｍ＝１２）の各位置座標から、各サンプルショット領域の位置の設計上の配列座標からのずれΔＸｎ，ΔＹｎ（ｎ＝１〜ｍ）を求める。

このずれΔＸｎ，ΔＹｎと、式（１）で示されるＥＧＡモデルにおける各サンプルショットのずれΔｘｎ、Δｙｎ（ｎ＝１〜ｍ）との差の二乗和Ｅは、式（２）で示される。

そこで、この式（２）の値Ｅを最小にするような、パラメータＷＳ_Ｘ，ＷＳ_Ｙ，ＷＲ_Ｘ，ＷＲ_Ｙ，Ｏ_Ｘ＋，Ｏ_Ｙ＋，Ｏ_Ｘ−及びＯ_Ｙ−を算出することにより、各パラメータを決定する。

式（１）の各パラメータが算出されたら、これらのパラメータと、ウエハ上の各ショット領域の設計上の位置座標（ＷＸ、ＷＹ）とに基づいて、ウエハ上の全ショット領域の位置座標を算出する（ステップＳ２２３）。

ウエハ上の全ショット領域の位置座標を検出したら、実際に各ショット領域の露光を行う（ステップＳ２３１〜２３３）。

すなわち、ショット領域ごとに、まず、アライメント制御系３５において、検出されたショット領域の位置座標に基づいて、そのショット領域に形成されているパターンとレチクル１０上のパターンとを位置合わせするために必要なステージ１３の移動量を求める。

求められた移動量に基づいて、主制御系３７がステージ制御系３６及びアライメント制御系３５を制御し、例えば、ステージ制御系３６によりステージ１３を移動させて、ウエハ１２の所定のショット領域のパターンと、レチクル１０のパターンとを位置合わせする（ステップＳ２３１）。

位置合わせが終了したら、レチクル１０のパターンを順次スキャンしながら、透過した露光光でウエハ１２のショット領域を露光し、パターンを転写する（ステップＳ２３２）。

以下、位置合わせ（ステップＳ２３１）及び露光（ステップＳ２３２）を繰り返し、ウエハ１２の全ショット領域に対してレチクル１０のパターンを転写する（ステップＳ２３３）。なお、この際、レチクル１０は、図３に示したように各々走査される。

また、ロット内の各ウエハに対して、順次このような露光処理を繰り返す。

なお、ロット内のウエハを処理するにあたって、以前に処理したウエハで検出したパラメータをそのまま用いて位置合わせを行うようなウエハがあってもよい。すなわち、前述したようなＥＧＡパラメータ検出を、ロット内のウエハに対して選択的に行い、それ以外のウエハに対しては、他のウエハで検出されたパラメータを用いるようにしてもよい。

このように、本実施の形態の露光装置１００においては、ＥＧＡ方式によるアライメントを行う際に、スキャン方向に応じて異なるオフセット値を用いている。前述したように、基板上に転写したパターンにおいては、スキャン方向に強く依存する配列誤差が存在する場合がある。そのような場合、このように異なるオフセット値を用いることで、各ショット領域に形成されたパターンの位置をより高精度に算出することができ、新たにパターンを転写するにあたりその位置合わせを高精度に行うことができる。

その結果、パターンを高精度に積層することができ、高精細で高性能な電子デバイスを製造することができる。

第２の実施の形態
前述した第１の実施の形態においては、スキャン方向に応じた配列の規則性として配列誤差を考慮し、式（１）に示すようなＥＧＡ計算モデルを設定し、オフセット成分をスキャン方向別に検出するようにした。

しかしながら、スキャン方向に分離して検出する成分はオフセット成分に限定されるものではなく、任意の成分、位置検出に関する任意の要素を対象としてよい。例えば、ショット内スケーリング成分やショット内ローテーション成分を、同様に正負に分離することも可能である。

そのような適用例を本発明に係る第２の実施の形態として示す。

露光装置１００の構成や動作等は、第１の実施の形態と同じなので、説明は省略する。

ショット内スケーリング成分やショット内ローテーション成分を正負に分離して各ショット領域に形成されているパターンの位置検出を行うためには、設定するＥＧＡモデルを変更すればよい。

すなわち、ＥＧＡ計算モデルとして、ショット内成分をも考慮した通常の１０パラメータモデルに対して、式（３）に示すような、スキャンの方向に応じて有効になる２系統のショット内成分及びオフセット成分の項を用いた計算モデル、すなわち、２個のショット内成分の項及び２個のオフセット項を有する計算モデルを用いる。

式（３）は、ｘ方向ウエハスケーリングＷＳ_Ｘ、ｙ方向ウエハスケーリングＷＳ_Ｙ、ウエハローテーション（回転）ｘ成分ＷＲ_Ｘ、ウエハローテーション（回転）ｙ成分ＷＲ_Ｙ、正（＋）方向スキャン時のｘ方向ショットスケーリングＳＳ_Ｘ＋、負（−）方向スキャン時のｘ方向ショットスケーリングＳＳ_Ｘ−、正（＋）方向スキャン時のｙ方向ショットスケーリングＳＳ_Ｙ＋、負（−）方向スキャン時のｙ方向ショットスケーリングＳＳ_Ｙ−、正（＋）方向スキャン時のショットローテーション（回転）ｘ成分ＳＲ_Ｘ＋、負（−）方向スキャン時のショットローテーション（回転）ｘ成分ＳＲ_Ｘ−、正（＋）方向スキャン時のショットローテーション（回転）ｙ成分ＳＲ_Ｙ＋、負（−）方向スキャン時のショットローテーション（回転）ｙ成分ＳＲ_Ｙ−、正（＋）方向スキャン時のｘ方向オフセットＯ_Ｘ＋、正（＋）方向スキャン時のｙ方向オフセットＯ_Ｙ＋、負（−）方向スキャン時のｘ方向オフセット成分Ｏ_Ｘ−、及び、負（−）方向スキャン時のｙ方向オフセット成分Ｏ_Ｙ−の１６個のパラメータを含む。

ただし、式（３）において、
ＷＸは、ショット位置のｘ座標（例えばウエハ中心を原点としたｘ座標）、
ＷＹは、ショット位置のｙ座標（例えばウエハ中心を原点としたｙ座標）、
ＳＸは、ショット内のｘ座標（例えばショット中心を原点としたｘ座標）、
ＳＹは、ショット内のｙ座標（例えばショット中心を原点としたｙ座標）、
Δｘは、ショット位置のｘ方向のずれ、
Δｙは、ショット位置のｙ方向のずれ、
Ｉ(＋)は、正(＋)方向スキャン時に１、負(−)方向スキャン時に０となる係数、
Ｉ(−)は、正(＋)方向スキャン時に０、負(−)方向スキャン時に１となる係数、
である。

このような計算モデルを設定した後の処理、すなわち、サンプルショットを選定し、サンプルショットの計測結果からパラメータを算出し、各ショット領域に形成されるパターンの位置を求め、パターンの転写位置に位置合わせをし、露光を行う処理は、第１の実施の形態と同じである。

このような計算モデルを用いて、ショット内スケーリング成分、ショット内ローテーション成分に対応することにより、スキャン方向に強く依存するショット内成分が存在する場合においても、各ショット領域に形成されたパターンの位置をより高精度に算出することができ、新たにパターンを転写するにあたりその位置合わせを高精度に行うことができる。

前述したように、例えば露光スリット形状を窓関数とした時、窓内ずれ平均値のショット内のばらつき（標準偏差）はディストーションを表す。従って、このようにショット内成分に適切に対応することにより、ディストーションによるパターンの重ね合わせ精度の低下を防ぐことができる。

その結果、パターンを高精度に積層することができ、高精細で高性能な電子デバイスを製造することができる。

なお、これらの第１及び第２の実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、本発明に係るスキャン方向に基づく露光装置の制御は、アライメント系にのみ適用可能なものではない。

例えば、露光量等の露好条件の制御に用いてもよい。

前述したように、露光量のばらつきは線幅のばらつきとなり微細なパターン転写の障害となったり形成されたパターンの特性に影響を与えたりする場合がある。この露光量のばらつきは、レチクルを走査する窓の窓間隔のばらつき等に起因する場合等、スキャン方向に依存する場合が少なくない。

そこで、予め計測器（例えばスッキャトロメトリの手法を用いた計測器等）において計測したスキャン方向ごとの線幅情報に基づいて、スキャン方向に応じて露光装置の露光量を調整するようにすれば、ウエハ全体にわたって均一な解像度でパターンを転写することができる。なお、露光量の調整方法としては、例えば、露光パルス数や１パルスあたりの露光エネルギーや、スキャン露光時のステージのスキャン速度等を制御すること等の手法を適用することができる。

本発明は、このようにステージ系の同期精度に基づくあらゆる障害に対して対応可能である。

もちろん、制御量は露光量に限られるものではなく、露光装置の任意の露光条件（例えば、フォーカス状態、ステージ速度）を制御するようにしてよい。

また、露光装置１００の構成は図１に示した構成に限られるものではなく、任意の構成でよい。

また、図３に示したスキャンの方向、図４に示したサンプルショット等も、何らこのような例に限定されるものではなく、任意に設定してよい。

図１は、本発明の一実施の形態の露光装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示した露光装置におけるアライメント及び露光の処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、図１に示した露光装置におけるウエハの各ショット領域のスキャン方向を示す図である。 図４は、図１に示した露光装置におけるＥＧＡ方式のアライメントの際のサンプルショットを示す図である。

符号の説明

１００…露光装置
１…光源
４…反射鏡
５…波長選択フィルタ
６…フライアイインテグレータ
７…レチクルブラインド
８…反射鏡
９…レンズ系
１０…レチクル
１１…投影光学系
１２…ウエハ
１３…ステージ
１４…移動鏡
１５…ビーム
２０…レーザ干渉系
２１…ステージ駆動手段
３１…レチクル・アライメントセンサ
３２…ウエハ・アライメントセンサ
３３…基準マーク部材
３５…アライメント制御系
３６…ステージ制御系
３７…主制御系
３００…ウエハ
３１０…ショット領域

Claims (17)

1. マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら前記パターンを複数のショット領域の各々に転写した基板に対して、前記転写されたパターンの位置を検出する方法であって、
   前記ショット領域ごとのスキャンの方向に応じた前記転写されたパターンの配列の規則性を検出し、
   前記転写された前記パターンの位置を、前記検出した前記パターンの配列の規則性に基づいて検出する
   位置検出方法。
2. 複数のサンプルショット領域に対して前記転写されたパターンの位置を計測し、
   前記計測結果に基づいて統計的演算処理を行い、前記基板の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する演算式を決定し、
   前記決定された演算式に基づいて、前記基板上の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する位置検出方法であって、
   前記演算式は、前記スキャンの方向に応じた前記パターンの配列の規則性に関する所定の演算項を有し、
   前記パターンの配列の規則性を検出する工程においては、前記演算項を規定する所定のパラメータを検出する
   請求項１に記載の位置検出方法。
3. 前記演算式は、前記スキャンの方向に応じた前記パターンの位置のオフセット値及びショット内成分の少なくとも一方を算出する演算項を有し、
   前記パターンの配列の規則性を検出する工程においては、前記オフセット値及びショット内成分の少なくとも一方を算出するための前記所定のパラメータを算出する
   請求項２に記載の位置検出方法。
4. マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら前記パターンを複数のショット領域の各々に転写した基板に対して、前記転写されたパターンの位置を検出する装置であって、
   前記ショット領域ごとのスキャンの方向に応じた前記転写されたパターンの配列の規則性を検出する配列規則性検出手段と、
   前記転写された前記パターンの位置を、前記検出した前記パターンの配列の規則性に基づいて検出する位置検出手段と
   を有する位置検出装置。
5. マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら前記パターンを基板上の複数のショット領域の各々に転写する露光方法であって、
   請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出方法により、前記基板上の第１の層内の前記ショット領域の各々に転写されたパターンについて前記スキャンの方向に応じた前記パターンの配列の規則性を検出し、当該規則性に基づいて前記第１の層に転写された前記各パターンの位置を検出する工程と、
   前記基板の前記ショット領域の各々について、前記検出された前記第１の層に転写された前記パターンの位置に基づいて、当該第１の層上に積層される第２の層上に前記次のパターンが転写されるように、前記次のパターンの転写位置を合わせる工程と
   を含むことを特徴とする露光方法。
6. 前記第１の層の前記パターンを転写した際に、当該パターンを転写する際の前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向の情報を記憶しておき、
   前記第２の層以降のパターンを積層する際には、前記記憶された前記スキャンの方向の情報を参照し、前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する
   請求項５に記載の露光方法。
7. 前記第２の層以降のパターンを転写する際に、前記基板上のショット領域に対するスキャンの方向が、前記第１の層のパターンを転写する際のスキャンの方向と同じになる露光装置を使用し、
   前記露光装置におけるスキャンの方向を参照し、前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する
   請求項５に記載の露光方法。
8. 前記第２の層以降のパターンを転写する際に、前記第１の層の複数のショット領域上に形成されたパターンの位置を検出し、
   前記検出した位置に基づいて、前記配列の規則性に関する所定の特徴量を算出し、
   前記算出した特徴量のクラスタリングを行うことにより前記ショット領域を分類し、
   前記分類結果に基づいて、前記スキャンの方向に応じた前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する
   請求項５に記載の露光方法。
9. マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら、前記パターンの像を、基板上に規定される複数のショット領域の各々に転写する露光装置であって、
   少なくとも第１の層のパターンが前記ショット領域の各々に形成されている基板について、当該第１の層のパターンを転写する際の前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向に応じた前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する配列規則性検出手段と、
   前記規則性に基づいて前記基板上の前記ショット領域の各々に形成されたパターンの位置を検出する位置検出手段と、
   前記基板の前記ショット領域の各々について、前記検出された当該ショット領域に形成された前記パターンの位置に、当該パターンの上に積層する次のパターンの転写位置を合わせる位置合わせ手段と、
   前記各ショット領域の前記位置を合わせた転写位置に、前記次のパターンを転写する露光手段と
   を有する露光装置。
10. 前記配列規則性検出手段は、前記基板について予め記憶された当該基板に第１の層たるパターンを形成する際の前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向を示す情報に基づいて、前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する
    請求項９に記載の露光装置。
11. 前記配列規則性検出手段は、当該露光装置において前記少なくとも第１の層のパターンが前記ショット領域の各々に形成されている前記基板に対して次の層のパターンを積層する際の前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向に基づいて、前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する
    請求項９に記載の露光装置。
12. 前記配列規則性検出手段は、
    複数のショット領域に対して前記転写された前記第１の層のパターンの位置を検出し、
    前記検出した位置に基づいて、前記配列の規則性に関する所定の特徴量を算出し、
    前記算出した特徴量のクラスタリングを行うことにより前記ショット領域を分類し、
    前記分類結果に基づいて、前記スキャンの方向に応じた前記第１の層のパターンの配列の規則性を検出する
    請求項９に記載の露光装置。
13. マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら、基板上に規定される複数のショット領域の各々に転写する方法であって、
    前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向を検出し、
    前記検出されたスキャンの方向に応じて、前記ショット領域の各々に対する前記露光に関する所定の条件を制御し、
    前記制御に基づいて露光を行い前記パターンの転写を行う
    露光方法。
14. 前記露光に関する所定の条件は、露光光量を含むことを特徴とする
    請求項１３に記載の露光方法。
15. 前記露光に関する所定の条件は、アライメント条件を含むことを特徴とする
    請求項１３又は１４に記載の露光方法。
16. マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら、基板上に規定される複数のショット領域を前記パターンで露光して当該パターンを前記ショット領域の各々に転写する露光装置であって、
    前記ショット領域ごとの前記スキャンの方向を検出するスキャン方向検出手段と、
    前記検出されたスキャンの方向に応じて、前記ショット領域の各々に対する前記露光に関する所定の条件を制御する制御手段と
    を有する露光装置。
17. マスクに形成されたパターンを照明光でスキャンしながら当該パターンを複数のショット領域の各々に転写した基板に対して、前記ショット領域の各々に形成された前記パターンの位置を検出するためのプログラムであって、
    複数のサンプルショット領域に対して前記転写された前記パターンの位置を計測する機能と、
    前記計測結果に基づく統計的演算処理により、前記スキャンの方向に応じた前記パターンの配列の規則性に関するパラメータを含む所定のパラメータを検出し、前記基板上の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する演算式を決定する機能と、
    前記決定された演算式に基づいて、前記基板上の任意のショット領域の前記転写されたパターンの位置を検出する機能と
    をコンピュータに実現させるための位置検出プログラム。

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