JP2006108386A

JP2006108386A - 位置検出方法

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Inventors: Satoru Oishi; 哲大石
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Abstract

【課題】本発明は、アライメントマークの検出結果にばらつきがある場合でも、必要なアライメント精度とスループットの両立を可能にする位置検出方法を提供する。
【解決手段】位置検出用マーク信号波形に基づいて複数のマーク要素からなる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、前記マーク要素の信号波形を特徴付けるパラメーターとしての波形特徴量に基づいて、前記マーク要素の信号波形の抽出方法を決定するステップと、前記マーク要素の信号波形を前記抽出方法を使用して取得するステップと、前記取得した前記信号波形から前記波形特徴量を少なくとも２以上抽出するステップと、前記マーク要素の理想の位置を表す真値と、前記マーク要素の現実の位置とのずれを補正する関数を生成するステップと、前記関数に基づいて前記ずれを補正するステップとを有し、前記生成ステップは、前記２以上の波形特徴量を使用して関数を生成することを特徴とする位置検出方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出方法に係り、特に半導体露光装置におけるウエハのアライメントを用いた位置検出方法に関する。本発明は、例えば、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、及びＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造に用いられる位置検出方法に関する。

近年の電子機器の高性能化及び低価格化に伴い、それに内蔵される半導体の製造にも高精度のみならず生産の効率化が必要とされ、かかる半導体の回路パターンを露光する露光装置にも、高精度且つ効率的な製造が要求されている。この半導体を生産する露光装置では、レチクルやマスク等（以下、レチクルと総称する）に形成された回路パターンを感光性材料（以下、レジストと総称する）が塗布されたウエハやガラスプレート等（以下、ウエハと総称する）に転写する工程が行われる。一般に高精度に回路パターンを露光するためには、レチクルとウエハの相対的な位置合せ、いわゆる、アライメントを高精度に行なうことが非常に重要となる。

従来のアライメント方法としては、レチクル上の回路パターンの露光転写と同時にアライメントマークをウエハ上に露光転写し、かかるアライメントマーク全ショットの中から事前に設定された複数のアライメントマークの位置をアライメント検出光学系によって検出して、順次位置計測を行うものであった。その位置計測結果を統計的に処理し全ショット配列を算出し、その算出結果に基づきレチクルに対してウエハを位置決めが行われていた。

このアライメントマークは、レチクルとウエハとを高精度にアライメントする指標であって、回路パターンの微細化に伴って、アライメントマークにも高精度なものが要求されている。近年では、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉＳｈｉｎｇ）プロセスなどの特殊な半導体製造技術が導入されており、それに伴い、ウエハ間やショット間でアライメントマークの形状にばらつきなどのウエハプロセス起因の誤差（ＷＩＳ：ＷａｆｅｒＩｎｄｕｃｅｄＳｈｉｆｔ）が発生し、アライメント精度を劣化させていた。そのような場合には、オフセット補正によって、ＷＩＳを補正していた（例えば、特許文献１参照）。ここで、「オフセット補正」とは、アライメントマークの本来あるべき位置すなわち、真値と、実際に検出系により検出されるアライメントマークのある位置（以下、現実に検出系により検出される位置の意として「現実の位置」と記載）とのずれ量であるオフセット量を算出して、そのオフセット量に基づいて補正する方法である。従来は特許文献１にあるようにオフセット量の算出に線形関数を用いていた。

また、位置検出方法に関するその他の従来技術としては、例えば、特許文献２及び３がある。
特開２００４−１１７０３０号公報特開平６−１５１２７４号公報特開平８−９４３１５号公報

しかしながら、オフセット量は、一つのＷＩＳだけでなく、状況によっては複数のＷＩＳの相互作用や、装置（露光装置及びアライメント光学系）起因の誤差（ＴＩＳ：ＴｏｏｌＩｎｄｕｃｅｄＳｈｉｆｔ）との相互作用による誤差（ＴＩＳ−ＷＩＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）もアライメント精度を劣化させる場合があり、線形関数だけではオフセット量を予測することが困難となってきた。そのため、アライメントマークの高精度な位置検出ができない場合があった。

そこで、本発明は、複数のウエハプロセス起因の誤差がある場合でも、アライメントを高精度に行うことができる位置検出方法を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての位置検出方法は、位置検出用マーク信号波形に基づいて複数のマーク要素からなる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、前記マーク要素の信号波形を特徴付けるパラメーターとしての波形特徴量に基づいて、前記マーク要素の信号波形の抽出方法を決定するステップと、前記マーク要素の信号波形を前記抽出方法を使用して取得するステップと、前記取得した前記信号波形から前記波形特徴量を少なくとも２以上抽出するステップと、前記マーク要素の理想の位置を表す真値と、前記マーク要素の現実の位置とのずれを補正する関数を生成するステップと、前記関数に基づいて前記ずれを補正するステップとを有し、前記生成ステップは、前記２以上の波形特徴量を使用して関数を生成することを特徴とする。

本発明の別の側面としての位置検出装置は、上述の位置検出方法を行う制御部を有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、光源からの光を利用して被露光体にマスク上のパターンを転写するための投影光学系と、位置検出用マーク信号からマークの位置を検出する上述の位置検出装置とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、当該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下の添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、複数のウエハプロセス起因の誤差がある場合でも、アライメントを高精度に行うことができる位置検出方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての位置検出方法について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図７は、露光装置１００のブロック図である。露光装置１００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクルに形成された回路パターンをウエハに露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適である。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウエハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウエハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウエハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウエハの一括露光ごとにウエハをステップ移動して次の露光領域に移動する露光方法である。

図７を参照するに、露光装置１００は、所望のパターン（回路パターン等）の描画されたレチクル１１０を縮小投影する投影光学系１２０と、前工程で下地パターン及びアライメントマーク１８０の形成されたウエハ１３０を保持するウエハチャック１４５と、ウエハ１３０を所定の位置に位置決めするウエハステージ１４０と、ウエハ１３０上のアライメントマーク１８０の位置を計測するアライメント光学系１５０と、アライメント信号処理部１６０と、制御部１７０とを有する。なお、図７においては、光源や光源からの光でレチクル１１０を照明する照明光学系は省略されている。

制御部１７０は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置１００の動作を制御する。制御部１７０は、図示しない照明装置、図示しないレチクルステージ、ウエハステージ１４０と、アライメント信号処理部１６０と電気的に接続されている。制御部１７０は、アライメント信号処理部１６０からのアライメントマークの位置情報に基づいて、ウエハステージ１４０を介してウエハ１３０の位置決めを行う。尚、制御部１７０に内蔵される本実施例の位置検出方法１０００については後述する。

まず、アライメントマーク１３０の検出原理について説明する。図８は、アライメント光学系１５０の主要な構成要素を示す光路図である。図８を参照するに、アライメント光源１５１からの照明光は、ビームスプリッタ１５２で反射し、レンズ１５３を通り、ウエハ１３０上のアライメントマーク１８０を照明する。アライメントマーク１８０からの光（反射光、回折光）は、レンズ１５３、ビームスプリッタ１５２、レンズ１５４を通り、ビームスプリッタ１５５で分割され、それぞれＣＣＤセンサー１５６及び１５７で受光される。

ここで、アライメントマーク１３０は、レンズ１５３及び１５４により１００倍程度の結像倍率で拡大され、ＣＣＤセンサー１５６及び１５７に結像される。ＣＣＤセンサー１５６及び１５７はそれぞれ、アライメントマーク１８０のＸ方向のずれ計測用、アライメントマーク１８０のＹ方向のずれ計測用になっており、光軸に対して９０度回転させて設置されている。ＣＣＤセンサーとしてラインセンサーを使用してもよく、この場合、計測方向と垂直方向にのみにパワーを持つシリンドリカルレンズにより、計測方向と垂直方向に集光して光学的に積分し、平均化するのが好ましい。Ｘ方向及びＹ方向の計測原理は同じなので、Ｘ方向の位置計測について説明する。

アライメントマーク１８０は、各ショットのスクライブライン上に配置されており、例えば、図９及び図１０に示す形状のアライメントマーク１８０Ａ及び１８０Ｂを使用することができる。なお、アライメントマーク１８０は、アライメントマーク１８０Ａ及び１８０Ｂを総括するものとする。ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、アライメントマーク１８０Ａの平面図及び断面図であり、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、アライメントマーク１８０Ｂの平面図及び断面図である。図９及び図１０において、アライメントマーク１８０Ａ及び１８０Ｂは、等間隔で配置された４つのマーク要素１８２Ａ及び１８２Ｂを含んでいる。なお、実際には、アライメントマーク１８０Ａ及び１８０Ｂの上にレジストが塗布されているが、図９及び図１０では図示を省略している。

アライメントマーク１８０Ａは、図９（ａ）に示すように、計測方向であるＸ方向に４μｍ、非計測方向であるＹ方向に２０μｍの矩形のマーク要素１８２ＡをＸ方向に２０μｍピッチで４つ並べている。マーク要素１８２Ａの断面構造は、図９（ｂ）に示すように、凹形状をしている。一方、アライメントマーク１８０Ｂは、図１０に示すように、図９に示すマーク要素１８２Ａの輪郭部分を０．６μｍの線幅で置き換えたマーク要素１８２Ｂを４つ並べている。

図９及び図１０のどちらのアライメントマーク１８０Ａ及び１８０Ｂを用いても、アライメント光学系１５０のレンズ１５３及び１５４のＮＡに入らない大きな角度のエッジ部での散乱光の発生や、エッジ部での散乱光の干渉により、ＣＣＤセンサー１５６で撮像された像は、図１１のようになるのが一般的である。アライメントマーク１８０Ａはその輪郭部が暗く、アライメントマーク１８０Ｂは凹部が暗く又は明るくなる。これは、明視野画像で多く観察される像であり、その特徴と言える。ここで、図１１は、図９及び図１０に示すアライメントマーク１８０Ａ及び１８０Ｂを光学的に検出した場合の典型的な検出結果を示すグラフである。

このように撮像されたアライメントマーク１８０の画像はアライメント信号処理部１６０を介して、後述するようなアライメント信号処理が行われる。図１２は、アライメント信号処理部１６０が内蔵する主な機能モジュールを示すブロック図である。

図１２を参照するに、ＣＣＤセンサー１５６及び１５７からのアライメント信号は、Ａ／Ｄ変換器１６１を通してデジタル化される。デジタル化されたアライメント信号は、記録装置１６２に内蔵される図示しない各種信号処理回路によってノイズ成分を除去され、内蔵しているメモリに記録される。マーク中心検出部１６３は、記録されたデジタル化したアライメント信号にデジタル信号処理を行う。マーク中心検出部１６３は、デジタル化したアライメント信号用の演算素子によって、後述する位置検出方法１０００を行い、アライメント信号の中心位置を検出する。ＣＰＵ１６４は、Ａ／Ｄ変換器１６１、記録装置１６２、マーク中心検出部１６３と接続しており、コントロール信号を出力して動作制御を行っている。通信部１６５は、図７に示す制御部１７０と通信を行い、必要なデータ、コントロール指令等のやり取りを行っている。

マーク中心検出部１６３が行うデジタル信号処理はアライメント信号のエッジ部分を検出し、かかるエッジ間の距離を計算する方法や正規化相関によるパターンマッチング法など各種提案されており、本発明もデジタル信号処理の一例としてアライメント信号の中心位置を検出する位置検出方法１０００を提案するものである。なお、信号源は、２次元信号でも１次元信号でもよい。２次元画像の水平方向の画素を垂直方向にヒストグラムを取り、画像のボーティング処理を行い主要成分で平均化することで２次元画像を１次元画像に変換することが可能となる。本発明の提案するデジタル信号処理の場合は、Ｘ方向及びＹ方向の計測は独立の構成であるので、位置決めの基本となる信号処理は１次元での信号処理で決められる。例えば、ＣＣＤセンサー１５６及び１５７上の２次元画像を、デジタル信号で積算して平均化を行って、１次元のライン信号に変換する。

以下、図１を参照して、第１の実施形態の位置検出方法１０００を説明する。ここで、図１は、位置検出方法１０００を説明するためのフローチャートである。

まず、取得したい波形特徴量に基づいて、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形の抽出方法を決定する（ステップＳ１００２）。ここで、「波形特徴量」とは、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形を特徴付けるパラメーターのことである。ステップＳ１００２において、アライメント信号波形の抽出方法は、様々な方法が適用できるが、本実施例においては、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂでの反射率から信号波形を抽出する方法と、その信号波形を一次微分して信号波形を抽出する方法とを使用している。

次に、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形を上記の抽出方法を使用して取得する（ステップＳ１００４）。ここでは、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂからの波形を取得して、制御部１６０によってマーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形を算出する。

マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの真値と、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの現実の位置を取得する（ステップＳ１００６）。ここで、「真値」とは、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの理想の位置の値をいい、例えばシミュレーションによって算出される。尚、本実施形態では真値からのずれ量が、後述する予測モデルのための学習用のデータとなるために、教師データと呼ぶこととする。

以下、図２を参照して、各種信号処理によるマーク要素の位置の検出方法を述べる。ここで、図２（ａ）及び（ｂ）は、アライメント信号波形の検出方法を説明するための波形である。

まず第1に、例えば、図２（ａ）に示すように、アライメント信号列ｙに対して計測方向ｘにおけるＳ（ｘ）を数式１のように定義する。なお、数式１は、公開特許平成８年第９４３１５号公報の数式２４においてａ＝ＷＣ−ＷＷ／２、ｂ＝ＷＣ＋ＷＷ／２とした場合に相当する。

図２（ａ）に示すように、ある点ｘにおけるＳ（ｘ）を数式１から求め、続いてｘを変化させながらＳ（ｘ）を取得する。このＳ（ｘ）曲線の極小（最小）あるいは、図２（ａ）に示す１／Ｓ（ｘ）の極大（最大）値をマーク位置とするものである。これも、Ｓ（ｘ）の極小値付近は、離散信号なので関数近似などでサブピクセル（ピクセル間のデータ）を補完している。尚、以下明細書では、本検出処理方式をＰ１と呼ぶこととする。

また、別のマーク要素位置検出方法は、図２（ｂ）に示すように、アライメント信号ｙに対して区間Ｌおよび区間Ｒを設定し、区間内でランダムノイズの除去のためにフィルタ処理を施した後、一次微分した信号に対して区間Ｌにおける最小値を示すｘ座標、区間Ｒにおける最大値を示すｘ座標の中点を用いてマーク位置を算出する。尚、一次微分信号は離散信号であるために、当該最小値、最大値付近は、関数近似などでサブピクセルの補完処理を行っている。尚、以下明細書では、本検出処理方式をＰ２と呼ぶことにする。

真値と、上記検出方法で取得した位置（現実の位置）とのずれ量を算出する（ステップＳ１００８）。ステップＳ１００８において、アライメント波形がシミュレーション波形の場合には真値は既知であり、ずれ量はウエハプロセス誤差を発生させた場合の後述する各種信号処理結果と基準からのずれによって求められる。また、ウエハプロセス誤差は、シミュレーションにおいても算出可能であり、係るウエハプロセス誤差の算出方法は、例えば、アライメントマークの段差量、レジストの厚さ、ウエハ上のカバレージなどを変化させることで発生させることができる。

また、ずれ量は、シミュレーションによって算出された真値を用いなくても算出されることが可能である。例えば、アライメント波形を算出してアライメントマークの位置を検出し、検出結果に基づきウエハの位置合わせ後、露光を行う。そして露光後のウエハのオーバーレイ精度を重ね合わせ検査装置の結果からずれ量を取得することにより真値からのずれ量を求めることができる。この場合、アライメント波形から得られるアライメントマークの位置が現実の位置、重ね合わせ検査装置で検査したときにずれ量が零となる位置が真値である。

次に、取得した信号波形から波形特徴量を少なくとも２以上抽出する（ステップＳ１０１０）。

以下、波形特徴量の抽出について説明する。尚、本実施形態においては、波形特徴量を波形自体の形状を特定する波形評価値のみならず、各種信号処理の結果も含めて波形特徴量と呼んでいる。また、本実施例において、波形特徴量は、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形とマーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形とは別の信号波形との差分、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形の勾配差である波形評価値、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形のコントラストである波形評価値、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの信号波形の左右の高さの差である波形評価値とを含む。また、上記検出処理Ｐ１、Ｐ２の結果は、もともと座標で与えられており、座標値そのものには特徴量としての意味がないため、本実施形態では、例えば信号処理Ｐ２と信号処理Ｐ１との差分Ｐ２−Ｐ１を波形特徴量とする。

以下、波形評価値について、図３を用いて詳細に説明する。ここで、図３は、アライメント信号からの波形評価値の算出方法を説明するための波形である。

図３は、前記アライメント信号のひとつの要素を抜き出した波形に対して、当該波形の左右の区間を設定し、区間内で波形自体の形状を定量化したものである。

まず第1の波形評価値Ｃ１は、区間Ｌの信号列ｙの最大値をａ_Ｌ、最小値をｂ_Ｌ、区間Ｒの信号列ｙの最大値をａ_Ｒ、最小値をｂ_Ｒとし、数式２のように定義される。

次に、波形評価値Ｃ２は、区間Ｌの信号列ｙを統計的手法として用いられる箱型図で表現したときの箱の長さＬ_Ｒ、区間Ｒの信号列ｙを箱型図で表現したときの箱の長さをＬ_Ｒとしたとき、数式３のように定義される。（箱型図については、Ｓ言語Ｉ（Ｒ．ベッカー・Ｊ．チェンバース・Ａ．ウィルクス著、共立出版）を参照のこと）

また、波形評価値Ｃ３は、図２（ｂ）の１次微分の区間Ｌにおける最小値の絶対値をＡＬおよび、区間Ｒにおける最大値の絶対値ＡＲとした場合に、数式４のように定義される。

なお、上記波形評価値はアライメントマーク要素ごとに取得されるので、アライメントマークごとの波形評価値にするには、本実施形態のように４つのマーク要素が存在する場合は、当該４つの波形評価値の平均値を用いることとする。

次に、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの真値と、現実の位置とのずれを補正する関数を生成する（ステップＳ１０１２）。また、ステップＳ１０１２は、前記２以上の波形特徴量を使用して関数を生成することを特徴とする。それによって、複数のＷＩＳの相互作用や、装置起因の誤差との相互作用による誤差がある場合でも、高精度にオフセット量を予測することが可能である。その結果、位置検出方法１０００は、複数のウエハプロセス起因の誤差がある場合でも、アライメントを高精度に行うことができる。また、関数及び非線形関数は、半導体プロセスごとに取得される。
［実施形態１］

以下、複数の波形評価値および検出処理Ｐ１及びＰ２の結果を用いて、相互作用を含めたＮ次多項式で多変量解析により基準からのずれ量を予測する方法について述べる。

まず、光学シミュレーションにより、ウエハプロセス誤差を発生させた場合の信号処理Ｐ１の基準からのずれΔＰ１と、前記波形評価値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および信号処理Ｐ１、Ｐ２の差分Ｐ２−Ｐ１を散布図で表すと、図４のようになる。ここで、図４は、信号処理Ｐ１の基準からのずれΔＰ１と、前記波形評価値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および信号処理Ｐ１、Ｐ２の差分Ｐ２−Ｐ１の散布図である。図５は、ひとつの信号波形に対して前記波形評価値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および信号処理Ｐ１、Ｐ２の関係を示した図である。

信号処理Ｐ１の真値からのずれΔＰ１を目的変数とし、Ｐ２−Ｐ１、Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を説明変数として、多変量解析を用いて数式５に示されるような数式モデルにより予測する。

尚、数式５において、右辺の２行目以降は、相互作用を示す項である。ここで、「相互作用」とは、説明変数の積で表される項であり、例えばＣ１とＣ２の積Ｃ１×Ｃ２などを指す。つまり、複数のＷＩＳの相互作用に発生する誤差を示す。本実施形態では、Ｎ＝３の場合について、回帰予測式はＡＩＣ（赤池情報量基準）を用いて係数パラメータを最適化した。

次に、上記関数に基づいて、マーク要素１８２Ａ又は１８２Ｂの真値と現実の位置とのずれを補正する（ステップＳ１０１４）。それによって、複数のＷＩＳの相互作用や、装置起因の誤差との相互作用による誤差がある場合でも、高精度にオフセット量を予測することが可能である。その結果、位置検出方法１０００は、複数のウエハプロセス起因の誤差がある場合でも、アライメントを高精度に行うことができる。

ステップＳ１０１４では、本実施形態により予測したモデルを用いて、実際の波形に対して波形評価値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および信号処理結果Ｐ１、Ｐ２を取得し、その取得した値からずれ量ΔＰ１を予測し、第１の信号処理結果Ｐ１に対して補正を行う。

尚、本実施形態において、教師データに対して、モデルの予測残差をプロットしたものが図６であり、モデルのあてはめの良さを表すＲ−ｓｑｕａｒｅｄ＝０．９７５６であり、ウエハプロセス誤差によるだまされ量（ΔＰ１）がレンジで２００ｎｍから３０ｎｍまで改善しており、本実施形態の有効性が確認された。ここで、図６は、ウエハプロセスによるだまされ量と補正後の残差との関係を示すグラフである。

本実施形態では、回帰モデルのオーバーフィッティング防止のために、予測残差の２乗和にペナルティ項を付加した評価方法であるＡＩＣを用いたが、こうしたモデルの汎化性能を高める手法は、これに限らず、ＣｒｏｓｓＶａｌｉｄａｔｉｏｎ（交差確認法）やブートストラップ法などによりＮ次の次数を決定することも可能である。また、Ｎ次の次数を決定後、各係数パラメータはニューラルネットワークを用いて決定することも可能である。
［実施形態２］

第１の実施形態では、予測モデル式に相互作用の項が含まれているが、本発明では、これに限らず、相互作用を含まないＮ次多項式で予測しても良い。第２の実施形態におけるモデル式は数式６のようになる。

［実施形態３］

本発明は波形特徴量が波形評価値のみの場合でも適用可能である。第３の実施形態は、波形特徴量がＣ１、Ｃ２、Ｃ３の場合で、このときのモデル式は数式７のようになる。

［実施形態４］

本発明は波形特徴量が信号処理結果のみの場合でも適用可能である。第４の実施形態は、信号処理結果がＰ１、Ｐ２、Ｐ３の場合で、このときのモデル式は数式８のようになる。尚、Ｐ３は前記Ｐ１、Ｐ２と別の信号処理であればよく、例えば、スライスレベルを設定してマーク位置を検出する方法や、テンプレートマッッチングによりマーク位置を検出する方法など種々の方法がある。

露光において、照明装置から射出されたＥＵＶ光は、真空環境に配置された光学素子によって、レチクル１１０を照明し、レチクル１１０面上のパターンを被露光体１３０面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状（リング状）の像面となり、レチクル１１０と被露光体１３０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクル１１０の全面を露光する。また、本実施例の位置検出方法１０００は、被露光体１３０の位置検出を高精度に行うので、アライメントマークの検出結果にばらつきがある場合でも、必要なアライメント精度とスループットの両立を可能である。その結果、露光装置１００はスループットを向上させることができ、微細加工を達成するとともに生産性を向上させることが可能である。

次に、図１３及び図１４を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１３は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（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。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、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。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１４は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。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、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）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。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。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うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の位置検出方法を説明するためのフローチャートである。図１に示す位置検出方法でのアライメント信号波形の検出方法を説明するための波形である。図１に示す位置検出方法でのアライメント信号波形からの波形評価値の算出方法を説明するための波形である。信号処理Ｐ１の基準からのずれΔＰ１と、前記波形評価値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および信号処理Ｐ１、Ｐ２の差分Ｐ２−Ｐ１の概略散布図である。ひとつの信号波形に対して前記波形評価値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および信号処理Ｐ１、Ｐ２の関係を示した図である。ウエハプロセスによるだまされ量と補正後の残差との関係を示すグラフである。本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略ブロック図である。図７に示すアライメント光学系の主要な構成要素を示す概略光路図である。図７に示すアライメントマークの概略平面図及び概略断面図である。図７に示すアライメントマークの概略平面図及び概略断面図である。図９及び図１０に示すアライメントマークを光学的に検出した場合の典型的な検出結果を示すグラフである。図７に示すアライメント信号処理部が内蔵する主な機能モジュールを示す概略ブロック図である。図１に示す本発明のＥＵＶ露光装置を使用したデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。図１３に示すフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００露光装置
１１０レチクル
１２０投影光学系
１３０ウエハ
１４０ウエハステージ
１５０アライメント光学系
１６０アライメント信号処理部
１７０制御部
１８０アライメントマーク

Claims

位置検出用マーク信号波形に基づいて複数のマーク要素からなる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、
前記マーク要素の信号波形を特徴付けるパラメーターとしての波形特徴量に基づいて、前記マーク要素の信号波形の抽出方法を決定するステップと、
前記マーク要素の信号波形を前記抽出方法を使用して取得するステップと、
前記取得した前記信号波形から前記波形特徴量を少なくとも２以上抽出するステップと、
前記マーク要素の理想の位置を表す真値と、前記マーク要素の現実の位置とのずれを補正する関数を生成するステップと、
前記関数に基づいて前記ずれを補正するステップとを有し、
前記生成ステップは、前記２以上の波形特徴量を使用して関数を生成することを特徴とする位置検出方法。
前記関数は、当該複数の波形特徴量の相互作用を示す非線形関数を含むことを特徴とする請求項１記載の位置検出方法。
前記波形特徴量は、前記マーク要素の信号波形と、前記マーク要素の信号波形とは別の信号波形との差分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
前記波形特徴量は、前記マーク要素の信号波形の勾配差である波形評価値を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
前記波形特徴量は、前記マーク要素の信号波形のコントラストである波形評価値を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
前記波形特徴量は、前記マーク要素の信号波形の左右の高さの差である波形評価値を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
前記関数又は前記非線形関数は、半導体プロセスごとに取得されることを特徴とする請求項２記載の位置検出方法。
請求項１乃至７記載のうちいずれか一項記載の位置検出方法を行う制御部を有することを特徴とする位置検出装置。
光源からの光を利用して被露光体にマスク上のパターンを転写するための投影光学系と、
位置検出用マーク信号からマークの位置を検出する請求項８記載の位置検出装置とを有することを特徴とする露光装置。
請求項９記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
当該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。