JP2006120660A - 位置補正方法及び位置補正装置、露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出波形が非対称な信号の場合であっても高いフォーカス精度を実現する位置補正方法及び装置を提供する。
【解決手段】 本発明の一側面としての位置検出装置は、被露光体に光を照射しての当該被露光体の位置を検出し、検出した位置情報を補正する位置補正方法であって、前記被露光体からの反射光から位置信号である第１の波形を検出する検出ステップと、前記第１の波形を分解し、複数の第２の波形を生成するステップと、前記第１の波形が対称な波形になるように前記複数の第２の波形から前記第１の非対称性成分が含まれる波形を除去して、前記第１の波形を補正するステップとを有することを特徴とする位置補正方法及び装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置に係り、特に、被露光体の面位置を計測し補正する位置補正方法を用いた位置補正装置を有する露光装置及び方法に関する。本発明は、例えば、検出波形が非対称な信号の場合の位置補正方法に好適である。

近年の電子機器の小型化及び薄型化の要求に伴い、それに内蔵される大規模集積回路（ＬＳＩ）を製造する投影露光装置においては、より高い解像力でレチクルの回路パターンをウェハに投影露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど解像力はよくなる。このため、近年の光源は、超高圧水銀ランプ（ｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ））から波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）になり、Ｆ_２レーザー（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。更に、露光領域の一層の拡大も要求されている。

これらの要求を達成するために、略正方形形状の露光領域をウェハに縮小して一括露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）から、露光領域を矩形のスリット形状としてレチクルとウェハを相対的に高速走査し、大画面を精度よく露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）が主流になりつつある。

スキャナーでは、露光中において、ウェハの所定の位置が露光スリット領域に差し掛かる前に、光斜入射系の表面位置検出手段によってそのウェハの所定の位置における表面位置を計測し、その所定の位置を露光する際にウェハ表面を最適な露光結像位置に合わせ込む補正を行っている。

特に、露光スリットの長手方向（即ち、走査方向と垂直方向）には、ウェハの表面位置の高さ（フォーカス）だけではなく、表面の傾き（チルト）を計測するために、露光スリット領域に複数点の計測点を有している。かかるフォーカス及チルトの計測方法は、数々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２６０３９１号公報

しかし、近年では露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進み、焦点深度が極めて小さくなり、露光すべきウェハ表面を最良結像面に合わせ込む精度、所謂、フォーカス精度もますます厳しくなってきている。特に、ウェハ上のパターンの影響やウェハに塗布されたレジストの厚さむらに起因する表面位置検出手段の計測誤差が無視することができなくなってきている。

例えば、レジストの厚さむらによって、周辺回路パターンやスクライブライン近傍には、焦点深度と比べれば小さいものの、フォーカス計測にとっては大きな段差が発生している。このため、レジスト表面の傾斜角度が大きくなり、表面位置検出手段の検出する反射光が反射や屈折によって正反射角度からずれを生じてしまう。また、ウェハ上のパターンの粗密の違いによって、パターンが密な領域と粗な領域とでは、反射率に差が生じてしまう。このように、表面位置検出手段が検出する反射光の反射角や反射強度が変化するため、かかる反射光を検出した検出波形に非対称性が発生して計測誤差を生じたり、検出波形のコントラストが著しく低下することでウェハの表面位置を検出できない場合を生じてしまうことになる。

なお、一般に、ウェハ面内でのパターン段差の不均一性やレジストの厚さむらは、ウェハプロセスによって生じるため、ウェハ内又はウェハ間での再現性も乏しく、オフセット処理も困難である。従って、露光中にウェハの表面位置を計測できずに露光がストップしたり、大きなデフォーカスを生じ、その結果、チップ不良を発生させてしまったりして、歩留まりを低下させることになる。

そこで、本発明は、検出波形が非対称な信号の場合であっても高いフォーカス精度を実現する位置補正方法及び装置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装置は、被露光体に光を照射しての当該被露光体の位置を検出し、検出した位置情報を補正する位置補正方法であって、前記被露光体からの反射光から位置信号である第１の波形を検出する検出ステップと、前記第１の波形を分解し、複数の第２の波形を生成するステップと、前記第１の波形が対称な波形になるように前記複数の第２の波形から前記第１の非対称性成分が含まれる波形を除去して、前記第１の波形を補正するステップ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位置補正装置は、上記位置補正方法を行う処理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、上記位置補正装置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、上記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、検出波形が非対称な信号の場合であっても高いフォーカス精度を実現する位置補正方法及び装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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１は、本発明の位置補正方法１０００を使用する露光装置１の構成を示すブロック図である。

露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０に形成された回路パターンをウェハ４０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。露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、ウェハ４０を載置するウェハステージ４５と、フォーカスチルト検出系５０と、制御部６０とを有する。制御部６０は、ＣＰＵやメモリを有し、照明装置１０、レチクルステージ２５、ウェハステージ４５、フォーカスチルト検出系５０と電気的に接続され、露光装置１の動作を制御する。制御部６０は、本実施形態では、後述するフォーカスチルト検出系５０がウェハ４０の表面位置を検出する際に用いる光の波長を最適に設定するための位置補正方法１０００を行う。尚、位置補正方法１０００の説明は後述する。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。

光源部１２は、例えば、レーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用してもよい。

照明光学系１４は、光源部１２から射出した光束を用いて被照明面を照明する光学系であり、本実施形態では、光束を露光に最適な所定の形状の露光スリットに成形し、レチクル２０を照明する。照明光学系１４は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含み、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で配置する。照明光学系１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

レチクル２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ２５に支持及び駆動されている。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、ウェハ４０上に投影される。レチクル２０とウェハ４０とは、光学的に共役の関係に配置される。レチクル２０とウェハ４０を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル２０のパターンをウェハ４０上に転写する。なお、露光装置１には、光斜入射系のレチクル検出手段７０が設けられており、レチクル２０は、レチクル検出手段７０によって位置が検出され、所定の位置に配置される。

レチクルステージ２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ２５を駆動することでレチクル２０を移動させることができる。

投影光学系３０は、物体面からの光束を像面に結像する機能を有し、本実施形態では、レチクル２０に形成されたパターンを経た回折光をウェハ４０上に結像する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

ウェハ４０は、被処理体であり、フォトレジストが基板上に塗布されている。なお、本実施形態では、ウェハ４０は、フォーカスチルト検出系５０が位置を検出する被検出体でもある。ウェハ４０は、別の実施形態では、液晶基板やその他の被処理体に置換される。

ウェハステージ４５は、図示しないウェハチャックによってウェハ４０を支持する。ウェハステージ４５は、レチクルステージ２５と同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウェハ４０を移動させる。また、レチクルステージ２５の位置とウェハステージ４５の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ２５及び投影光学系３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

フォーカスチルト検出系５０は、本実施形態では、光学的な計測システムを用いて、露光中のウェハ４０の表面位置（Ｚ軸方向）の位置情報を検出する。フォーカスチルト検出系５０は、ウェハ４０上の複数の計測すべき計測点に光束を入射し、各々の光束を個別のセンサに導き、異なる位置の位置情報（計測結果）から露光する面のチルトを検出する。

フォーカスチルト検出系５０は、図２に示すように、ウェハ４０の表面に対して高入射角度で光束を入射させる照明部５２と、ウェハ４０の表面で反射した反射光の像ずれを検出する検出部５４と、演算部５６とを有する。照明部５２は、光源５２１と、光合成手段５２２と、パターン板５２３と、結像レンズ５２４と、ミラー５２５とを有する。検出部５４は、ミラー５４１と、レンズ５４２と、光分波手段５４３と、受光器５４４とを有する。ここで、図２は、フォーカスチルト検出系５０の構成を示す拡大ブロック図である。なお、図２では、照明部５２において、パターン板５２３を均一な照度分布で照明するために必要なレンズ類や、検出部５４において、色収差を補正するレンズ類は図示を省略している。

図２を参照するに、ＬＥＤやハロゲンランプ等の光源５２１ａ、５２１ｂ及び５２１ｃから射出された波長λ１、λ２及びλ３の光は、ミラー５２２ａやダイクロイックミラー５２２ｂ及び５２２ｃから構成される光合成手段５２２を通過して、スリット等のパターンが形成されたパターン板５２３を照明する。パターン板１５を経た光は、結像レンズ５２４及びミラー５２５を介してウェハ４０上に投影結像する。

更に、ウェハ４０で反射した光は、ミラー５４１及びレンズ５４２を介して、ＣＣＤ素子やラインセンサー等の受光素子５４４ａ、５４４ｂ及び５４４ｃで構成する受光器５４４で受光される。なお、受光器５４４の前段には、ミラー５４３ａ、ダイクロイックミラー５４３ｂ及び５４３ｃで構成される光分波手段５４３が配置される。光分波手段５４３は、光源５２１ａからの光を受光素子５４４ａで、光源５２１ｂからの光を受光素子５４４ｂで、光源５２１ｃからの光を受光素子５４４ｃで受光するように、各々異なる波長の光を分割する機能を有する。パターン板５２３のウェハ４０面上へのパターン像は、レンズ５４２により、受光素子５４４ａ乃至５４４ｃ上に再結像する。

ウェハステージ４５を介してウェハ４０が上下方向（即ち、Ｚ軸方向）に移動すると、パターン板５２３のパターン像は、受光器５４４上で左右方向（即ち、Ｘ軸方向）に移動する。従って、フォーカスチルト検出系５０は、かかるパターン像の位置を演算部５６で算出することにより、ウェハ４０の表面位置を計測点毎に検出している。

ここで、パターン板５２３上のパターンと検出部５４で検出される信号波形との関係について説明する。図３は、パターン板５２３の一例を示す平面図である。パターン板５２３は、光を遮光する遮光領域５２３ａと光を透過する透過パターン５２３ｂを有しており、透過パターン５２３ｂは矩形の形状をしている。また、パターン板５２３は、図４に示すように、照明された光がウェハ４０のパターンに対して約４５度の角度をもつように形成される。これは、パターン板５２３の検出信号を検出する際にウェハ４０に形成されたパターンの影響を低減するためである。そのため、上記４５度の角度は例示的であり、ウェハ４０のパターン（通常は
０度と９０度方向の構造が多い）と異なる角度であれば、４５度の角度でなくてもよい。ここで、図４（ａ）は、パターン板５２３を示す平面図であり、図４（ｂ）は、パターン板５２３の拡大平面図である。

この場合、パターン板５２３は所定の角度を有しているために、パターン板５２３を照明した光は反射率の異なるパターンを跨いで照射する。それによって、図４（ｂ）に示すように、対称領域β１及びβ３の断面ＡＡ´と断面ＣＣ´では対称の波形が検出される。一方、非対称領域β２の断面ＢＢ´は、反射率の異なるパターンを跨いでいるために非対称な波形が検出される。その結果、図５に示すようなグラフのようになる。ここで、図５は、パターン板５２３の反射率を測定したグラフである。図５に示すように断面ＢＢ´の位置では、反射率が変化している。それによって、非対称性を有する波形が検出される。これらのウェハ４０上の反射率差は、主に、メモリセル部や周辺回路部やスクライブラインなどの境界部で、パターンの密度（線幅やピッチ）や、縦構造が異なるために発生する場合が多い。

また、ウェハ４０の波形の非対称性は、異なる反射率のウエハパターンに起因する以外にも単純なレジスト４２の膜厚の不均一性でも生じる。

以下、図７を参照して、照明する光の波長に対する検出部５４で検出される波形信号の依存性について説明する。図７は、ウェハ４０上のパターン段差４１によるレジスト４２の膜厚不均一性に起因する反射率の差を説明するための図である。レジスト４２の塗布されたウェハ４０の反射率は、レジスト表面４２ａの反射光とレジスト裏面（即ち、ウェハ４０とレジスト４２との界面）４２ｂの反射光との干渉によって決まる。ウェハ４０上において、パターン段差４１が無い領域Ｅ１のレジスト４２の膜厚Ｒｔに比べて、パターン段差４１がある領域Ｅ２のレジスト４２の膜厚Ｒｔ’は厚くなるため、領域Ｅ１に照射された光のレジスト表面４２ａの反射光ｋａ１とレジスト裏面４２ｂの反射光ｋａ２の光路長差ｄＡと、領域Ｅ２に照射された光のレジスト表面４２ａの反射光ｋｂ１とレジスト裏面４２ｂの反射光ｋｂ２の光路長差ｄＢが異なる。この結果、領域Ｅ１と領域Ｅ２の反射率に差が生じる。このような反射率の差がある領域に光が照射された場合、非対称な信号波形が生じることになる。

したがって、これらの非対称性は、ウェハ毎や、ウェハ差、半導体工程差で発生する非対称の程度が異なることになる。スキャナーと呼ばれる露光装置は広い面内を走査しながら、高速で読み取る必要性からエリアセンサーでなく、ラインセンサーを用いることが設計上多くなってきている。そのためにエリアセンサーの場合と異なり、非計測方向のライン毎の計測値はなく、１ラインであるために、非対称成分と対称成分が合成された波形でしか出力できない状況になっている。

このような対称成分と非対称成分が合成した信号波形から非対称成分を除去する信号処理手段を提供することが、本発明の主眼とするところである。基本的な考え方は、まず信号波形からウエハのパターン構造に起因する非対称成分を分離することにある。そのための手段として対称性成分を信号波形から分解する手法としてガウス関数などの対称性関数をモデルとした曲線あてはめ（カーブフィッティング）を使用している。対称性関数のモデル式は実際の検出される対称性を表現している信号波形に形状が適合していることが、必要になる。本発明ではガウス関数がその条件を満たしているとして説明を行う。

以下、図８を参照して、位置補正方法について説明する。ここで、図８は、位置補正方法を説明するためのフローチャートである。

まず、ウェハ４０からの反射光から位置信号波形（第１の波形）を検出する（ステップＳ１００２）。ここでは、位置信号は、検出部５４によって検出される。

次に、ステップＳ１００２で検出した位置信号波形からノイズを除去する（ステップＳ１００４）。ステップＳ１００４を行うことで高周波ノイズの影響を除去し、後述するガウス関数によるカーブフィッティングの精度を上げることが可能となる。位置信号波形からノイズを除去する方法としては、例えば、位相ズレを起こさない重み付き移動平均を使用することができる。ステップＳ１００４は信号波形の特徴量を計算するものである。本実施形態においては、非対称性を歪み度として定量化し、定量化した歪み度によって信号処理の方式の選択方法に用いる。歪み度は、平均をμ、標準偏差をσとしたとき、以下の数式１によって表すことができる。

数式１は、データ値から平均値を引いたものを３乗して、分散値で割った物をデータ個数分、足したものである。歪み度は統計計算で既知の統計量であり、波形が対称であれば０となり、符号が正の値になれば左側に傾いた波形分布になり、負の値になれば波形が右側に傾いた分布となり、数値データに比例して歪むことになり、非対称性が大きくなる。

次に、位置信号波形を分解し、複数の波形（第２の波形）を生成する（ステップＳ１００６）。この場合、位置信号波形の分解に用いる関数はガウス関数などの対称性を有するものを使用する。

ここで、図１０及び１１を参照して、ガウス関数の原理を説明する。ここで、図１０は、対称性関数を示すグラフである。図１１は、非対称性関数を示すグラフである。信号波形の高さをａとし、波形の軸中心をｂ（ｂに対して線対称）とし、波形の半値幅としたとき、ガウス関数は以下の数式２のように表わされる。

ガウス関数などの対称性関数では、波形の重心が波形中心と定義すれば、波形中心はｂとなる。図１０に示すグラフは、数式１にパラメータ値としてａ＝５０、ｂ＝１０、ｃ＝５の場合の数値例を示している。このようにパラメータａ、ｂ、ｃは、非対称性波形の形状に基づいて決定され、パラメータａ、ｂ、ｃを変えることでガウス関数の波形を変えることができる。

また、非対称性波形は以下数式３で表すことができる。

ガウス関数は、図１１に示すように、数式２の関数式を２つ足し合わせることによって、対称性波形から非対称性波形を作成することができる。図１１（ｂ）は、波形の高さと波形の波形の中心位置が異なる２つのガウス関数を重ねた図である。図１１（ａ）は、図１１（ｂ）の２つのガウス関数を足し合わせた波形になっており、左右のエッジの傾きが異なり非対称性を有する波形となっている。このように、ガウス関数は、３つのパラメータ値が異なるガウス関数の合成から非対称性波形を表現できる。

上記方法によりカーブフィッティングした結果、ステップＳ１００２で検出した位置信号波形は、対称成分の波形の合成波形として表わすことができる。本実施形態では、非対称性成分が対称性成分から合成可能なことが着目して、非対称性成分を有する位置信号波形を複数の対称性波形に分解して、複数の対称性波形の中でウエハのパターン構造に起因する非対称性成分に対応する対称性波形を示す波形を除去している。位置信号波形からウエハのパターン構造に起因する非対称成分を除去している。

実際に使用するカーブフィッティングのアルゴリズムは、ガウス関数が非線形関数であるので非線形の最小二乗法が使用できる。代表的なアルゴリズムとしてはＧａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法などがあり、そのほかにも既存のアルゴリズムが使用可能である。実際の適用においては検出する信号波形の理想対称性関数のモデル関数を使用した方が精度面では高精度なものになる。モデル関数は、数式１で示すガウス関数をｎ個の線形結合したモデル式であり、以下数４として表すことができる。

数式４を使用し、非線形の最小二乗法を適用することで信号波形をｎ個のガウス関数に分解することが可能になる。

次に、位置信号波形が対称な波形になるように前記複数の第２の波形から前記第１の非対称性成分が含まれる波形を除去し、位置信号波形を補正する（ステップＳ１００８）。ステップＳ１００８は、数式４で示すｎが複数個のモデル関数でカーブフィッティングした結果のガウス関数のフィッティング関数パラメータ数値と非対称性を有する波形特徴量から位置信号波形の中心を算出する処理を表す。波形中心の一般式は数式５で表される。

数式５において、Ｘｃは信号波形の中心座標を表している。位置信号波形の中心座標Ｘｃはカーブフィッティングを行うと、ｎ組のガウス関数のパラメータ値ａ_ｉ，ｂ_ｉ，ｃ_ｉが得られる。（ｉはｉｎｄｅｘで１〜ｎ個の値をとる。）その結果、パラメータ値ｂ_ｉに対して重みｗ_ｉをつけて、線形結合した値を示している。数式５はＸｃの範囲はＸｍｉｎとＸｍａｘの範囲でＸｍｉｎはパラメータ値ｂ_ｉの最小値、Ｘｍａｘはｂ_ｉの最大値を表している。重みｗ_ｉの重み係数の範囲は以下の数式６によって定義される。

数式６は、０〜１までの浮動小数点の値が設定できる。一つのパラメータ値ｂ_ｉを選ぶには例えばパラメータ値ｂ_１を選択する場合は重みｗ_１＝１として、残りの重みｗ_ｉ＝０にする設定が可能となる。重みｗ_ｉがすべて０の条件は座標が０になるため、禁止条件としてある。

以下、図９を参照して、重み条件を選択する条件を説明する。ここで、図９は、重み条件を選択する条件を説明するためのフローチャートである。フローチャートの内容を補足する図として図１２、図１３の５つのガウス関数で波形分解した例も合わせて説明することにする。ここで、図１２及び図１３は、ガウス関数で分解した波形を示すグラフである。まず、図９のフローチャートの説明から行う。

歪み度を計算し、計算した歪み度の絶対値が予め、設定したしきい値を超えるかどうかの判定を行う（ステップＳ２００２）。この場合、ステップＳ２００２の判断内容を説明するには前提となるガウス関数でのカーブフィッテング内容の説明が必要となる。そこで図１２、図１３の５つのガウス関数で信号波形を分解した例を用いて内容を説明する。図１２はモデル関数として数式４をｎ＝５としたモデル関数を以下の数式７に示す。

数式７は、数式４の５つのガウス関数にカーブフィッティングにより分解したものである。カーブフィッティングは最小二乗法をベースアルゴリズムに使用しているため信号波形とモデル波形との残差が最小になるような、モデル波形のパラメータ値ａ_ｉ，ｂ_ｉ，ｃ_ｉの組み合わせを選ぶようにアルゴリズムが動作する。５つのガウス関数ｇ６１、ｇ６２、ｇ６３、ｇ６４、ｇ６５のうちベースラインの波形のすそ部分がｇ６１、ｇ６５の２つのガウス関数で表されている。左エッジはｇ６１、右エッジ部分はｇ６４が信号波形に適合表現されている。すその部分と左右の波形部分の除いた中心のｇ６３のガウス関数が残りの対称性関数となり、ピーク中央部の波形を表現している。

図１３は、別の半導体プロセスの信号波形を同じモデル関数で分解した場合であり、ｇ７１、ｇ７２、ｇ７３、ｇ７４、ｇ７５の５つのガウス関数に分解される。歪み量が図の１３と異なり、カーブフィッティングを行った結果ベースラインの部分がｇ７１で一つのガウス関数で波形の適合をした例である。左エッジ部分はｇ７２で適合、右エッジ部分はｇ７４とｇ７５で適合しているが、図１１で説明したように波形の高さａの値が異なるためｇ７４とｇ７５の合成関数は非対称性波形となる。同様に左エッジ部分はｇ７２とｇ７３を合成した波形として表されて非対称性波形となる。図１３の場合はｇ６３が非対称を表現する歪みを除去した対称性波形となる。ｇ６３の関数パラメータｂ_ｉが非対称性の成分を取り除いた信号中心となるが、図１３の場合は左右の非対称性成分を取り除いた対称性関数が表現できていない。

図９のフローチャートにもどって、歪み度が予め設定したしきい値以内の時は、波形のベースラインの部分が二つのガウス関数でフィッティングされているかの判断を行う（ステップＳ２００４）。判断は、例えば、モデル関数のパラメータｃ_ｉの幅が信号波形の半値幅を超えるかどうかで行うことが可能である。

ステップＳ２００４の判断の結果、波形のベースラインの部分が２つに分離できた場合は、中央値を選択する（ステップＳ２００６）。この場合、中央値を表すｂ_ｉが非対称性線分を有する歪みを除去した信号波形の中心となる。図１３のように波形のすその部分が２つに分離できない場合は、カーブフィッティング条件を変更する（ステップＳ２００８）。ステップＳ２００８で重みつき最小二乗法などのカーブフィッティングの調整手段を用いることで、ベースラインの部分を１つのガウス関数でフィッティングすることを回避できる。例えば、重み関数として、信号波形各点の強度に比例した重みにするか、カーブフィッティングに使用する範囲を変化させても良い。また左右のベースライン部分を２つの区分に図１３のＢＬ，ＢＲで示す区間を設定して左右の重み量を変化させても良い。区間は波形を二次微分して変局点を検出して画素変化が少なくなる範囲を選択することで、求めることができる。条件を変更して、再度カーブフィッティングを行う（ステップＳ２０１０）。その後、ループ回数が規定以内かを判断する（ステップＳ２０１２）。ステップＳ２０１２にてＮＧのループ回数が規定値内であれば再度ステップＳ２００４の判断を行う。判断の結果、ベースライン部分が、一つのガウス関数フィッティングでない場合はステップＳ２００６の処理を行い、ｂ_ｉ値の中央値を信号波形の中心座標とすることができる。大部分の場合はこのシーケンスで終了する。なぜなら、ベースラインは変動要素がもともと大きいため、非対称成分が多くふくまれるからである。稀に再度条件がＮＧであれば、再度条件を変更して同じステップを行う。条件の変更内容は予め決めておくことで対応可能である。また条件がＮＧのループ回数を予め設定おいて回数が設定値を超えた場合は予め設定しておいた数式５で示すｗ_ｉの重み係数で終えるようにする。
設定例としては歪み度がしきい値以内の条件なので端の２つのガウス波形を除いて、真中の３本の平均値することで大きく中心値がずれるようなことはさけられる。次に、歪み度がしきい値を大きくずれるような場合は、規定ｂ結合の重みを選択する（ステップＳ２０１４）。歪み度の数値、半導体プロセスによって予め波形の特徴を調べておくことで、対応が可能である。

特徴としては５つのガウス関数に分解した場合、図１５に示すように、ベースラインがｇ８１一つで分解し、残りの４つｇ８２、ｇ８３、ｇ８４、ｇ８５のガウス関数のうち、ｇ８２、ｇ８３、ｇ８４の３つが左に偏り、ｇ８５、一つが右に離れた分解座標の構成をしている。このような条件は分解されたガウス関数の間隔の分布を調べることで判断が可能である。ここで、図１５は、ガウス関数に分解した波形を示す図である。

このような場合は波形自体が大きく、左側にシフトしており、右側のｇ８５のガウス成分を取り去って、対称性を改善することができる。信号波形のしても大きく波形が左にシフトしていることが信号シミュレーションの条件からわかっている。このような場合は別の波形特徴量から算出した座標結果に基いて、数式５の重み係数ｗ_ｉを決定することができる。
図１４により説明を行う。ここで、図１４は、位置信号波形の特徴量を示すグラフである。信号波形の特徴量として左右の信号波形のエッジ部分を線形回帰した近似式を求める。Ａの部分は左側エッジ部分を直線回帰したもので、Ｂは右側のエッジ部分を直線回帰した直線を表している。直線回帰のための適用範囲のデータは信号波形のピーク値に対して、予め設定しておいたスライスＵＰ、スライスＤｏｗｎで囲まれたエッジ成分のデータで求めることができる。
Ａの回帰直線をｙ＝ｐ_ｌｘ+ｑ_ｒ，Ｂの回帰直線をｙ＝ｐ_ｒｘ+ｑ_ｒで表すと、回帰直線がＸ軸と交わる交点Ｘ_ｌ，Ｘ_ｒは回帰直線の式でｙ＝０とすることで以下数式８の条件となり、Ｘ_ｌ，Ｘ_ｒは以下の数式９となる。

これにより交点Ｘ_ｌ，Ｘ_ｒの底辺とした二等辺三角形は左右の傾きを補正した信号波形と想定することで信号波形の非対称性を補正できる。その結果、Ｘ_ｌ，Ｘｒの中点座標が信号シミュレーションの結果、左右の線形回帰の傾きを等しくさせ、対称条件とすることができる。この計算値結果に近い波形のｂ_ｉ値データを図８のｇ８１乃至８５データから選択することで信号中心が得られる。

本実施形態では、図９のステップＳ１００８で波形の特徴量として数式１の歪み度を使用したが、別の特徴量を定義してもよい。この場合、図１４で説明したＡの回帰直線をｙ＝ｐ_ｌｘ+ｑ_ｒ，Ｂの回帰直線をｙ＝ｐ_ｒｘ+ｑ_ｒの交点をＸ_ｐし、Ｌ１＝Ｘ_ｐ−Ｘ_ｌ、Ｌ２＝Ｘ_ｒ−Ｘ_ｐとするのＬ１，Ｌ２の比率が左右の回帰直線の傾きで正の相関を表して非対称性を表すことができる。非対称性を表す係数をｋとしたとき、回帰直線のパラメータ係数で波形特徴量として非対称を以下数式１０により定義される。

この数式１０を数式１の歪み度の変わりに用いることで、信号波形の形状の違い、非対称性に対する敏感度の違いを使い分けることが可能となる。

以上の位置補正方法１０００によって、検出波形が非対称な信号の場合であっても高いフォーカス精度を実現することができる。その結果、本実施例の露光装置１は、位置補正方法１０００を用いた位置補正装置を有しているので高精度な露光を行うことができる。

再び、図１に戻って、露光において、照明装置１０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、マスク２０を照明し、マスク２０面上のパターンを被露光体４０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、マスク２０と被露光体４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、マスク２０の全面を露光する。また、本実施例の露光装置１は、位置補正方法１０００を用いた位置補正装置を有しているので高精度な露光を行うことができる。なお、位置補正方法１０００を行うことができる処理部（本実施形態では、制御部６０の機能）を有する位置補正装置も本発明の一側面を構成することは言うまでもない。

次に、図１６及び図１７を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１６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（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェ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ェ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１７は、ステップ４のウェ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、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェ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、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェ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ェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。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ェ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。

本発明の一側面としての位置補正方法を使用した露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 図１の露光装置のフォーカスチルト検出系の構成を示す概略拡大ブロック図である。 パターン板の一例を示す概略平面図である。 図３のパターン板を示す概略平面図である。 図３のパターン板の反射率を測定したグラフである。 図３のパターン板を照明した光の反射率を測定したグラフである。 ウェハ上のパターン段差によるレジストの膜厚不均一性に起因する反射率の差を説明するための図である。 位置補正方法を説明するためのフローチャートである。 重み条件を選択する条件を説明するためのフローチャートである。 対称性関数を示すグラフである。 非対称性関数を示すグラフである。 ガウス関数で分解した波形を示すグラフである。 ガウス関数で分解した波形を示すグラフである。 位置信号波形の特徴量を示すグラフである。 ガウス関数で分解した波形を示すグラフである。 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１６に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 照明装置
２０ レチクル
３０ 投影光学系
４０ ウェハ
５０ フォーカスチルト検出系
５２ 照明部
５２１ 光源
５２３ パターン板
５４ 検出部
６０ 制御部

Claims (7)

1. 被露光体に光を照射しての当該被露光体の位置を検出し、検出した位置情報を補正する位置補正方法であって、
   前記被露光体からの反射光から位置信号である第１の波形を検出する検出ステップと、
   前記第１の波形を分解し、複数の第２の波形を生成する生成ステップと、
   前記第１の波形が対称な波形になるように前記複数の第２の波形から前記第１の非対称性成分が含まれる波形を除去して、前記第１の波形を補正する補正ステップとを有することを特徴とする位置補正方法。
2. 前記複数の第２の波形は、複数の対称な波形が含まれていることを特徴とする請求項１記載の位置補正方法。
3. 前記生成ステップは、最小二乗法を用いて前記第１の波形と、本来取得されるべき波形であるモデル波形との差が最小になるように当該モデル波形のパラメータ値を決定する決定ステップを含むことを特徴とする請求項１記載の位置補正方法。
4. 前記決定ステップは、前記第１の波形の区間を設定し、区間ごとにパラメータ値を決定することを特徴とする請求項３記載の位置補正方法。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の位置補正方法を行う処理部を有することを特徴とする位置補正装置。
6. 請求項５記載の位置補正装置を有することを特徴とする露光装置。
7. 請求項６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。