JP2007158263A - 位置合わせ装置、位置合わせ方法、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物のずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差の安定性を表わす指標に基づいて、最適な非線形補正条件を選定することで、複数の対象物を精密に位置合わせすることができる技術の実現。
【解決手段】複数の基板に対して予め決められた配列で形成される複数の対象物を予め決められた基準位置に位置合せする装置であって、前記複数の基板の夫々に形成された対象物の位置を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された位置の設計上の位置からのずれ量を算出するずれ量算出手段と、前記ずれ量算出手段により算出されたずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差に対して複数の補正条件を順次適用したときの非線形誤差の安定性を示す指標を算出する指標算出手段と、前記指標算出手段により算出された指標に基づいて、各基板に対する補正条件を選定する選定手段と、を具備する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数の基板に予め決められた配列で形成される複数の対象物を相互に精密に位置合わせする技術に関する。

回路パターンを基板上に投影露光して半導体素子を製造する縮小投影露光装置では、回路パターンの微細化に伴い、レチクル上に形成されている回路パターンとウェハ上の既存パターンとを高精度にアライメントすることが要求されている。

ウェハのアライメント方式として、ウェハ上のいくつかの露光ショット領域上に形成されたアライメントマークの設計値からのずれ量を検出し、ショット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が多用されている。この手法によれば、全ての露光ショットで位置合わせ誤差計測を行わず、限られたサンプルショットを使って位置合わせを行うため、装置のスループットが向上するというメリットがある。

一般に、グローバルアライメントにおいて、サンプルショット数を増加することにより平均化効果が向上し計測精度を向上させることができる。但し、露光ショット配列の非線形な歪みが発生した場合、グローバルアライメントによる線形補正では非線形誤差を補正できないため充分な精度を得られないという問題がある。

また、補正精度を高めるため、露光ショット毎のアライメントや一部の領域のみに限定した線形補正、所謂ゾーンアライメント等の手法を用いた場合も、スループット向上と精度向上との両立は困難となる。

また、アライメントターゲットとなるレイヤーを露光した露光装置のステージ駆動機構等に由来するステップ方向差オフセットやスキャン方向差オフセット等が生じている場合もある。この場合、部分的な線形のゾーンアライメントや露光ショット近傍の計測値の重みを補正式に加味するアライメント方式ではアライメント精度を向上させることが難しいという欠点があった。

そして、特許文献１では、ショット毎にオフセットを記述した補正テーブルを作成する手法が提案されている。先ず、線形補正後に残る非線形誤差成分を露光ショット毎のオフセットとして補正テーブルを予め作成しておく。この補正テーブルは、ウェハ内の複数ショット（通常、グローバルアライメントよりも多数の露光ショット或いは全露光ショットでも良い。）のアライメント計測結果によって作成される。補正テーブル作成に必要な多数の露光ショット計測は、ロット内の複数のウェハで行っても良いし、露光装置とは別のアライメント計測装置による多数の露光ショットの計測結果を用いても良い。その後、補正テーブルに従い各露光ショットをシフトさせて露光する。ロット内で非線形誤差成分が安定している場合には、ロットを通して同一の補正テーブルを参照でき、テーブルを更新する必要がない。このような手法で、スループットを低下させることなく、非線形誤差による補正精度劣化を防ぐことが可能となる。

また、特許文献１には、ショット毎の補正テーブルを算出する際に、１つの露光ショットに対して、その近傍（当該露光ショットを含む）に配置される露光ショットのアライメント計測結果を統計処理することで、より精度を向上させる手法が記載されている。例えば、図１（ａ）に示すように、ある露光ショットＳａに着目した際、その露光ショット中心を中心とした任意の半径ｒの円Ｃａの内側に露光ショット中心が含まれる網掛けされた露光ショットを中心ショットＳａに対して「周辺近傍ショット」と定義する。そして、中心ショットＳａ及び周辺近傍ショットのアライメント計測結果（図１（ａ）の矢印で示す露光ショットずれ量）で平均をとった値を中心ショットＳａのずれ補正量とする。これにより、局所的な非線形歪みを補正できることに加え、アライメント計測系の誤差成分を平均化効果により軽減することができる（以降、この処理を「近傍平均化処理」と呼ぶ。）。

また、図１（ｂ）に例示するように、ウェハの外縁付近ではアライメント計測結果にだまされが発生しやすいため、ショットＳｂのように飛び値が発生する場合がある。このような場合には、周辺近傍ショットで単純に平均をとると、ショットＳｂの計測結果のだまされ分が中心ショットＳａの補正量に悪影響を与えると考えられる。よって、単純平均の代りに周辺近傍ショットの中央値（メジアン）を使ったほうがよい（以降、この処理を「近傍中央値処理」と呼ぶ。）。この周辺近傍ショットの中央値を使うことにより、局所的な非線形歪みを補正できることに加え、異常値除去の効果を得ることもできる。

また、ターゲットレイヤーを露光した露光装置のステージ特性によっては、図１（ｃ）に示すように、ずれ量計測結果が隣り合うショットで互い違いに発生している場合も考えられる。
これらの現象の発生原因として、露光装置のステージ固有の誤差としてステージがステップする方向に依存してオフセットが発生するステップ方向オフセットや、スキャナにおけるスキャン方向に依存してオフセットが発生するスキャン方向差オフセット等がある。図１（ｃ）のようにずれ量計測結果が２極化した状態で、中心ショットＳａの補正量を近傍平均化処理で求めると、補正量が０に近くなって好ましい補正ができない場合がある。また、近傍中央値処理についても同様に好ましい補正結果を得ることができない。

このように露光ショットによって多極化した系統的な非線形誤差を持つウェハをアライメントする際に有効な手法も特許文献１に記載されている。これは、ある１ショットの周辺に配置する露光ショットのずれ量計測結果を判別分析によりクラスタリングし、その露光ショットが属しているクラスタのずれ量で平均値及び中央値をとる手法である（以後、この処理を「近傍クラスタリング処理」と呼ぶ。）。

特許文献１によれば、複数のサンプルショットの位置から位置合わせしようとする基板全体の位置ずれを算出するための所定の変換式を用いて各露光ショットのずれ量を予め補正テーブルとして保持し、露光時に順次露光位置に反映する。これにより、非線形の歪みによる精度精度の低下を防ぎ、高精度の位置合わせを行うことが可能となる。また、様々な要因で発生している非線形誤差に適した複数のアルゴリズムが記載されている。
特開2003-086483号公報

上記特許文献１に記載の手法によれば、アライメントを行うウェハに発生している非線形誤差を精度良く補正できるが、以下に示す２つの問題（１）及び（２）が発生する。即ち、
（１）特許文献１に記載された複数の手法（近傍平均化処理、近傍中央値処理、近傍クラスタリング処理）のうち、どの手法を適用すべきかは経験的に選定されている。即ち、実際にこれらの手法を適用してショット毎の補正テーブルを作成し、そのテーブルに基づいて露光を行ってみて、補正結果が最も良好であるものを選ぶといった経験的な手法しかなかった。また、近傍ショットの定義も図１の半径ｒを変化させることにより何種類も考えられる（図７（ａ）〜（ｄ））。最適な近傍ショットを選択する場合も露光結果を確認するしかなく、非常に効率が悪い。近傍ショットの定義と複数の手法の組み合わせ条件は多岐にわたり、これら全てについて露光結果の確認作業をオペレータが行うことは、事実上不可能である。
（２）特許文献１に記載の手法は、ロット内を通して同一の非線形補正テーブルを参照しているため、ロット内のウェハ毎に非線形の傾向が変化した場合、それらの傾向の変化を平均化するしかないので、ウェハ毎に最適な補正が行なえない場合が発生する。

アライメント誤差のうち、シフト、ローテーションはウェハ搬送系の持つ誤差成分等、露光装置固有の誤差のため、ロット内での安定性は高いと考えられる。スケーリング誤差及び非線形誤差は加熱によるウェハの変形、レジスト膜むら等露光装置以外のプロセス処理の要因で発生する場合が考えられる。

露光装置以外のプロセス処理、例えば、ＣＭＰによる研磨処理やムラの生じるレジスト塗布処理、熱処理を伴う成膜工程等で複数枚のウェハでバッチ処理した場合等、熱や塗布ムラの傾向がバッチ処理されたウェハ毎に異なる可能性がある。例えば、５枚のバッチ処理を行う熱処理装置で処理されたロットを計測した場合、アライメント計測結果は各ウェハで異なり５枚周期の非線形誤差が発生する。更に、成膜処理は５枚バッチ、研磨処理は２枚バッチ等、複数の工程で異なる枚数単位でのバッチ処理が行われ、それぞれの工程に起因する非線形誤差が重畳された場合、非線形誤差の傾向が何枚周期で発現するのかは予測不可能である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、対象物の非線形誤差の安定性を表わす指標に基づいて、最適な非線形補正条件を選定することで、複数の対象物を精密に位置合わせすることができる技術を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の基板に対して予め決められた配列で形成される複数の対象物を予め決められた基準位置に位置合せする装置であって、前記複数の基板の夫々に形成された対象物の位置を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された位置の設計上の位置からのずれ量を算出するずれ量算出手段と、前記ずれ量算出手段により算出されたずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差に対して複数の補正条件を順次適用したときの非線形誤差の安定性を示す指標を算出する指標算出手段と、前記指標算出手段により算出された指標に基づいて、各基板に対する補正条件を選定する選定手段と、を具備する。

また、本発明は、複数の基板に対して予め決められた配列で形成される複数の対象物を予め決められた基準位置に位置合せする方法であって、前記複数の基板の夫々に形成された対象物の位置を計測する計測工程と、前記計測された位置の設計上の位置からのずれ量を算出するずれ量算出工程と、前記算出されたずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差に対して複数の補正条件を順次適用したときの非線形誤差の安定性を示す指標を算出する指標算出工程と、前記算出された指標に基づいて、各基板に対する補正条件を選定する選定工程と、を具備する。

本発明によれば、対象物の非線形誤差の安定性を表わす指標に基づいて、最適な非線形補正条件を選定することが可能となる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものである。

また、本発明は、以下に説明するデバイス製造の他に、各種精密加工装置や各種精密測定装置や、このようなデバイス製造装置を使って半導体デバイス等を製造する方法にも適用可能である。

また、本発明は、後述する実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を露光装置に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。

［第１の実施形態］
以下に、第１の実施形態として、上記問題（１）に挙げた最適アルゴリズムを当該ロットを露光することなく装置が自動選択する手法について説明する。

図３は、本実施形態の縮小投影露光装置におけるオフアクシス方式のアライメントシステムを示す概略図である。

図３において、４０１はレチクル、４０２は投影露光光学系、４０３は入力された画像信号に対して種々の画像演算処理を行い、画像信号や演算処理結果を記憶する画像記憶演算装置である。また、４０６は不図示のウェハ搬入装置からウェハがアライメントシステムに送られてきた時に、ウェハの外形基準から大まかなウェハの向きを調整するためのプリアライメント装置である。４０７はユーザからのコマンド入力を受け付けるためのコンピュータ端末、４０８はアライメントの対象であるウェハ、４０４はウェハ４０８上に形成されたパターンの画像を拡大して見るための顕微鏡である。４１７は顕微鏡４０４を通して得られたウェハ４０８上のパターン画像を電気信号に変換し、画像記憶演算装置４０３に提供するためのＣＣＤカメラである。４１０はウェハ４０８の座標位置を平面方向、垂直方向に移動させるためのＸＹステージ、４０９はウェハ４０８をＸＹステージ４１０上に保持するためのウェハチャックである。４１１は顕微鏡４０４の画像を直接ユーザが確認するための表示手段としてのモニタ、４０５は上記各装置を制御するコントローラである。コントローラ４０５はメモリ４２０やＣＰＵを有する。顕微鏡４０４及びＣＣＤカメラ４１７をオフアクシス観察光学系と呼ぶ。

図３において、レチクル４０１及び投影露光光学系４０２は、ＦＲＡ(Fine Reticle Alignment)その他の方法により正確に位置が決められており、投影露光光学系４０２とオフアクシス観察光学系４０４，４１７との相対的な位置関係（ベースライン）は既に計測されているものとする。

ウェハ４０８上には、図２（ｃ）に示すように、重ね合わせ露光の対象となるショット領域Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）が形成されている。また、各露光ショットＳｉには、図２（ａ）に示した位置合わせ用マークＭＸ１，ＭＸ２が形成されており、このマークの位置を検出することにより、ショット位置のずれ量を算出することが可能である。

また、図２（ｂ）のように多数のマークＭＸｉ，ＭＹｉが形成されている場合もある。ＸＹ１組以上の多マークの位置を検出することにより、ショット形状（ショット倍率、ショット回転）を算出することが可能である。通常の露光では、このようなウェハ４０８が複数枚連続で処理される。

図４は、本実施形態のアライメント計測処理を示すフローチャートである。

なお、本実施形態における計算処理手順又は計算処理によって得られたデータを保存する等の手順は、図３の画像記憶演算装置４０３によって（オペレータが介在することなく）自動で行うことが可能である。

図４において、Ｓ５０１において、不図示のウェハ搬送装置によりウェハ４０８が露光装置に送り込まれる。そして、プリアライメント装置４０６により大まかな位置決めが行われた後、ＸＹステージ４１０上に搬送され、ＸＹステージ４１０上のウェハチャック４０９で真空吸着により保持される。

Ｓ５０２〜Ｓ５０５は、各露光ショットのずれ量を自動計測するための手順である。

Ｓ５０２において、コントローラ４０５は、１番目の計測ショットＳ１に形成されているアライメントマークＭＸ１が、顕微鏡４０４の視野に入るようにＸＹステージ４１０を駆動する。

次にＳ５０３においてマークの位置ずれを検出する。ここで、マークの位置ずれは以下のようにして検出される。

先ず、顕微鏡４０４及びＣＣＤカメラ４１７が、不図示のアライメント照明装置によって照明されたアライメントマークＭＸ１のパターンを画像信号として取り込む。コントローラ４０５は、画像記憶演算装置４０３内に記憶されたアライメントマークのパターンとＣＣＤカメラ４１７により取り込んだ画像とをパターンマッチングにより照合し、アライメントマークＭＸ１の設計位置からのずれ量を算出する。算出されたずれ量は、当該処理ウェハの各ショット毎のずれ量として、画像記憶演算装置４０３に記憶される。画像記憶演算装置４０３には、図６に示すように、計測されたウェハを特定するためのウェハ番号、ウェハ上のショットを特定するためのショット番号、ショットの設計上の座標Ｘ，Ｙ、当該ショットのずれ量Ｘ，Ｙの情報からなるテーブルとして記憶される。

Ｓ５０４では、Ｓ５０２及びＳ５０３の処理を全て（ｎ個とする。）の計測対象ショット（Ｓ１〜Ｓｎ）について実施したか否かを判断し、未処理のショットがある場合にはＳ５０２に戻り、無い場合にはＳ５０５に進む。

全サンプルショットにおいて、各マークの位置ずれ量を計測したら、Ｓ５０５でウェハを装置外へ搬出する。Ｓ５０６では、計測処理対象となっているウェハ全て（本例ではウェハ枚数をｍ枚とする。）についてＳ５０２〜Ｓ５０５までの処理を終えたかどうかを判定し、全てのウェハの処理が終了していればＳ５０７に処理を進み、そうでなければ、Ｓ５０１に戻って次の処理対象ウェハの処理を続行する。

Ｓ５０７では、画像記憶演算装置４０３に記憶されている、全ウェハの全ショット計測結果（図６）を使って、現在処理中のロットに対して、最も適切な非線形補正条件を選定する。

図５は、図４のＳ５０７における最適な非線形補正条件選定処理を示すフローチャートである。

図５において、Ｓ６０１では、各ウェハの全ショットずれ量計測結果から線形誤差成分を取り除く演算処理を行う。線形誤差成分の除去とは、全ショットずれ量計測結果から、一般的なグローバルアライメントの演算手法により求められるシフト、倍率、回転誤差を除去するということである。こうして得られた線形補正残留誤差（非線形誤差）のテーブルＮ（テーブル形式は図６と同様であり、ずれ量Ｘ，Ｙのデータが線形補正残差となる。）を記憶しておく。

Ｓ６０２では、非線形誤差を補正するための複数の異なる非線形補正条件の中から、ある１つの非線形補正条件を選択する。ここで、「非線形補正条件」とは、背景技術の欄で述べたアルゴリズムの手法（近傍平均化処理、近傍中央値処理、近傍クラスタリング処理）のいずれを使うか。また、これらの処理を行う上での処理ショットの定義等、非線形補正を行う上で確定しなければならない条件のことである。例えば、近傍処理ショットの定義を、「対象ショット中心から半径ｒの円内にショット中心が存在するショット」とし、そのｒを非線形補正条件としてもよい。

本実施形態では、図７に示すように、ｒの取り得る値として、Ｘ／２，Ｘ，√２Ｘ，２Ｘとする。ここで、Ｘはショットサイズである（仮にショットが正方形であるとする。）。他にも異常値除去の閾値等の条件が考えられるが、本実施形態では「ｒの取り得る値の組み合わせ」×「アルゴリズムの種類」の数だけ非線形補正条件が存在するものとする。Ｓ６０２では、全条件を番号付けし、番号順にその中から１つの非線形補正条件を選択する。

Ｓ６０３では、非線形補正条件に基づき、背景技術の欄で述べた手法によりショット毎補正テーブルを作成する。実際の露光処理では、全てのウェハに対して全ショット計測を行うのは困難であるので、ショット毎補正テーブルを作成する際も、上記Ｓ６０１で求めたテーブルＮから１枚目のウェハの計測結果のみを使って、ショット毎の補正テーブルＰを作成する。ここでは、例えば、非線形補正条件として近傍平均化処理、半径ｒ＝Ｘならば、テーブルＮのウェハ１枚目の各ショットのデータを用いてテーブル１行ごとに周辺４ショットを含む５ショットの平均をそのショットのずれ補正量として算出しテーブルＰに登録する。

Ｓ６０４では、Ｓ６０１で求めた線形補正残留残差テーブルＮから、ショット毎補正テーブルＰをショット毎に差し引きすることで、ショット毎補正テーブルＰによる補正量を擬似的に算出する。具体的には、テーブルＮのウェハ番号１のショット番号１のずれ量Ｎ₁Ｘ₁，Ｎ₁Ｙ₁から、テーブルＰのショット番号１のオフセット量Ｐ₁Ｘ₁，Ｐ₁Ｙ₁を差し引いた値を、補正結果Ｃ₁Ｘ₁，Ｃ₁Ｙ₁とする。また、ショット番号２のずれ量Ｎ₁Ｘ₂，Ｎ₁Ｙ₂からテーブルＰのショット番号２のオフセット量Ｐ₁Ｘ₂，Ｐ₁Ｙ₂を差し引いた値を、補正結果Ｃ₁Ｘ₂，Ｃ₁Ｙ₂とする。以降、ウェハ番号１〜ｍのショット番号１〜ｎに対して同様な処理を行い、｛Ｃ₁Ｘ₁，Ｃ₁Ｙ₁｝〜｛Ｃ_mＸ_n，Ｃ_mＹ_n｝の補正結果を得る。これを予想補正結果テーブルＣとする。図１１（ａ）〜（ｃ）はテーブルＮ，Ｐ，Ｃをそれぞれ例示している。各テーブルの１レコードの形式は図６と同様である（図中、各ショットの設計上の座標の列は省略している）。

Ｓ６０５では、補正結果テーブルＣから今回対象となっているロットに今回の非線形補正条件を適用した場合の非線形誤差成分が、ロット内でどれくらい安定しているかを示す非線形安定性指標を算出する。以下、非線形安定性指標をＮＬＳ(Non-Linear Stability)と略称する。

本実施形態では、ロット内の非線形安定性指標ＮＬＳを以下のように定義する。

ＮＬＳ＝σ_total／σ_nmean
ここで、σ_totalは「全ウェハ、全ショットでのトータルの標準偏差」である。σ_nmeanは「各ショット毎（全ウェハ通しての）標準偏差のウェハ内平均値］である。それぞれの意味を図１２（ａ），（ｂ）に示す。すなわち、Ｘ方向ずれ量のＮＬＳは、以下の式（１）で表わすことができる。

ここで、［ＣＸ］は全ウェハ全ショットを通してのＸ方向残差の平均値、［ＣＸ_j］はショット番号ｊのショットのＸ方向残差を全ウェハで平均した値である。

上記式（１）の分子はロット全体でのばらつき度合いを示し、分母は図１２に示すように、各ショットをウェハ間で比較した場合のばらつき、つまり各ショットのずれ量がロットを通してどれだけ粒がそろっているかを示す度合いを示す。このように定義されるＮＬＳを用いれば、ショット毎補正テーブルＰによって、ロット内を通して共通な非線形誤差成分が補正されるほど、分母と分子の値が近づくことになり、ＮＬＳの値は１に近くなる。また、ロット内の各ウェハに共通な非線形誤差が残存する場合、同じショット番号のショットをウェハ間で比較したときのばらつきは小さくなり、式（１）の分子が小さくなるので、ＮＬＳは大きくなる。つまり、ＮＬＳは非線形補正の良さを表す指標として用いることができ、ＮＬＳ＝１となったときが、非線形誤差補正の補正限界ということがいえる。予想補正結果テーブルＣに対して、ＮＬＳを算出することにより、当該テーブルＣに未だ残留している（ショット毎補正テーブルＰによって補正可能な）非線形誤差の大きさを知ることができる。

Ｓ６０６では、全ての非線形補正条件に対してＳ６０２からＳ６０５の処理を行ったかどうかを判定する。そして、ＮＬＳを未算出の非線形補正条件が存在すれば、Ｓ６０２に戻ってその条件を選択して、Ｓ６０３〜Ｓ６０５の処理を繰り返し続行し、全条件でＮＬＳを算出済みであれば、Ｓ６０７に処理を進める。

Ｓ６０７では、非線形安定性指標が最も１に近かった非線形補正条件を選び出し、最適条件とする。

このように、ロット内での非線形安定性指標を用いることにより、最適な非線形誤差補正の手法及び近傍半径を選定することができる。本実施形態では、条件選定のための露光を行う必要がなく、露光装置に計測のみを行わせることで最適な条件を得ることができるため、条件選定の煩雑な手順を踏む必要がなくなる。

このようにして得られた非線形補正条件を適用して、上記特許文献１のようにロット先頭でのアライメント計測結果によりショット毎補正テーブルを作成し、その結果に基づいてウェハを露光することで、非線形誤差成分を大幅に低減することができる。よって、重ね合わせ精度が良好な露光結果を得ることが可能となる。

なお、本実施形態中、処理対象となるロットの全ウェハを計測すると記述したが、必ずしも全ウェハの計測が必要なわけではない。ロット内の非線形誤差の安定性を比較できればよいので、原則２枚以上のウェハがあれば本実施形態を適用可能である（但し、計測ウェハは多いほど好ましい結果が期待できる。）。また、全ショット計測と記載した部分についても、全ショットよりも少ないショットの計測結果のみを使って同様な処理を行ってもかまわない。

［第２の実施形態］
以下に、第２の実施形態として、上記問題（２）に挙げたロット内で非線形誤差成分の傾向が変化したロットを良好に処理する手法について説明する。

例として、図８（ａ）に示す局所的に非線形誤差の大きいウェハと、図８（ｂ）に示すスキャン方向に依存した誤差の発現しているウェハとが混在するロットを考える。ロット内で、図８（ａ）の傾向を持つウェハ、図８（ｂ）の傾向を持つウェハが何枚おきに混在しているかどうかを判別する処理について説明する。

図９は、本実施形態のクラスタ毎に最適な非線形補正条件を選定する処理を示すフローチャートである。

図９において、Ｓ１００１では、第１の実施形態で示した図４のＳ５０１〜Ｓ５０６の処理と同様に、対象ロットの全ウェハの多ショットについてずれ量計測を行い、計測結果テーブル（図６と同様のフォーマット）を記憶しておく。

Ｓ１００２では、図５のＳ６０１の処理と同様に、各ウェハの全ショットずれ量計測結果から線形誤差成分を取り除く演算処理を行う。線形誤差成分の除去とは、第１の実施形態と同様に、ショットずれ量計測結果から、一般的なグローバルアライメントの演算手法により求められるシフト、倍率、回転誤差を除去するということである。このようにして得られた線形補正残差のテーブルＮ（テーブル形式は図６と同様）を記憶しておく。

Ｓ１００３では、テーブルＮ中から各ウェハを通じて線形補正残差の大きいショットを１個以上、特異ショットとして選定する。

Ｓ１００４では、特異ショットのずれ量（残差ベクトル）に応じてウェハ毎にクラスタリングする。特異ショットのずれ量Ｘ，Ｙをウェハ毎にクラスタリングした様子を図１３に示す。Ｗ１〜Ｗ９は各ウェハ毎のずれ量をプロットしたものである。直線Ｋは、クラス分けの境界条件となる直線である。直線Ｋよりも左上の領域に特異ショットのずれ量が分布しているウェハ群と、右下の領域にずれ量が分布しているウェハ群とで、各ウェハが２個のクラスタに分類される。

Ｓ１００５では、Ｓ１００４で分類されたクラスタごとに、図５で示した手法を適用して最適な非線形補正条件を別個に算出する。このように特異ショットの傾向をクラスタリングすることにより、ロット内で非線形発現の傾向が変わったとしても、別個のアルゴリズムを適用すればよいことが容易に理解できる。

Ｓ１００６では、Ｓ１００３で得られた特異ショットのショット番号（ショット位置を特定する情報。ショットの設計座標でもかまわない。）、Ｓ１００４で得られたクラスタリングの境界条件Ｋ、Ｓ１００５で得たクラスタ毎の最適条件を記憶する。

図１０は、図９で選定された最適条件を使ってロット内で非線形誤差成分の異なるウェハが混在する場合にも良好なアライメント結果を得るための露光処理を示すフローチャートである。本処理は図３に示す露光装置で行うことを想定している。

最初に、Ｓ１１０１で、露光対象となるウェハ４０８をＸＹステージ４１０上に搬入する。

次にＳ１１０２では、上記Ｓ１００６で記憶した特異ショットを含む複数のサンプルショットに対して、アライメンとマークのずれ量計測を行う。

Ｓ１１０３では、Ｓ１１０２で得られた特異ショットのずれ量計測結果を、Ｓ１００６で記憶したクラス分けの境界条件Ｋに当てはめ、当該処理ウェハがどのクラスタに合致するか照合する。

Ｓ１１０４では、そのクラスタに対して、ショット毎補正テーブル(非線形補正データ)が存在するかどうかを判定し、もし存在していれば、Ｓ１１０７に処理を進め、未だ存在しないのであれば、Ｓ１１０５に処理を進める。

Ｓ１１０５では、全ショット（あるいはそれに近い多ショット）のアライメント計測を行う。

次にＳ１１０６では、Ｓ１１０５で得られたショット計測結果と、Ｓ１００６で記憶したクラスタ毎の最適な非線形補正条件とに基づいて、ショット毎の補正データテーブルを算出及び記憶する。

Ｓ１１０７では、当該ウェハが属するクラスタに応じたショット毎の非線形補正データとショット計測による線形補正データとによりショット位置を補正しながら露光を行う。

Ｓ１１０８では、まだ未処理のウェハがあるかどうかを判定し、未処理ウェハが存在すれば、ウェハを交換してＳ１１０１からの処理を繰り返し、無ければ処理を終了する。

このように、特異ショットを用いることで、無駄にウェハ毎でショット計測を行う必要がなく、更に事前にクラスタ毎に最適条件が選択されているので、非線形誤差成分の傾向がロット内で不規則に変動したとしても、良好な補正効果を得ることが可能である。

なお、本実施形態では、特異ショットのずれ量を、各ウェハの非線形傾向を代表するデータとしてクラスタリングする説明を行ったが、各ウェハの非線形傾向をウェハで代表するデータで簡易に求まるデータが他にあれば、それをクラスタリングしてもよい。例えば、ウェハの倍率誤差は熱変形が影響しているため、ウェハの非線形傾向と相関を持つことがある。またウェハ倍率誤差を算出するには全ショット計測を必要としない。よって、ウェハの非線形傾向を代表するデータとしてウェハ倍率の値を用いてクラスタリングを行っても良い。

［第３の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、露光装置に搭載された顕微鏡や画像記憶演算装置を用いてアライメント計測を行うと説明したが、露光装置外の外部計測機器を用いても良い。また、オーバーレイ測定器と呼ばれる露光結果を測定する外部計測機器にも同様の顕微鏡や画像記憶演算装置が備えられている。このため、この外部計測機器で計測されたアライメント計測結果を上述した手法で処理し、露光時に補正データとしてフィードバックを行うことで、第１及び第２の実施形態と同様に良好なアライメント計測結果が得られる。

以上述べた各実施形態によれば、ロット内での非線形誤差成分の安定性指標に基づいて、最適な非線形補正条件を自動的に選定することが可能となる。

また、ロット内を通して非線形誤差の発現傾向が異なる場合においても良好な重ね合わせ露光結果が得られる。

なお、本実施形態ではショット配列の非線形誤差補正について説明したが、ショット形状誤差（ショット倍率誤差、ショット回転、直行度誤差）がウェハ内の座標に依存して変化する場合にも同様に良好なアライメント結果を得られることは言うまでもない。

［デバイス製造方法］
次に、上述した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。

図１４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。Ｓ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。Ｓ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、Ｓ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。Ｓ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、Ｓ４によって作製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。Ｓ６（検査）ではＳ５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、これが出荷（Ｓ７）される。

図１５は上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。Ｓ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。Ｓ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。Ｓ１３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によって形成する。Ｓ１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。Ｓ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。Ｓ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウェハに焼付露光する。Ｓ１７（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。Ｓ１９（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。

本発明の前提となる非線形誤差成分の補正処理を説明する図である。 ウェハ上のショット及びアライメントマークを例示する図である。 本発明に係る実施形態の縮小投影露光装置におけるオフアクシス方式のウェハアライメントシステムを示す概略図である。 本発明に係る第１の実施形態のアライメント計測処理を示すフローチャートである。 図４のＳ５０７における最適な非線形補正条件選定処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態における全ウェハの全ショットのアライメント計測結果のデータテーブルを例示する図である。 第１の実施形態の非線形補正処理で用いる周辺近傍ショットの定義を説明する図である。 ロット内で非線形の発現傾向が異なる様子を示す図である。 第２の実施形態のクラスタ毎に最適な非線形補正条件を選定する処理を示すフローチャートである。 図９で選定された最適条件を使った露光処理を示すフローチャートである。 図５の非線形補正条件毎の安定性指標（ＮＬＳ）算出に用いる線形補正残差テーブルＮ、ショット毎補正テーブルＰ、予想補正結果テーブルＣを例示する図である。 図５の非線形補正条件の安定性指標（ＮＬＳ）を説明する図である。 第２の実施形態における特異ショットのずれ量に応じてウェハ毎にクラスタリングした様子を示す図である。 微小デバイスの製造フローを説明する図である。 ウェハプロセスを説明する図である。

符号の説明

４０１ レチクル
４０２ 投影露光光学系
４０３ 画像記憶演算装置
４０４ 顕微鏡
４０５ コントローラ
４０６ プリアライメント装置
４０７ コンピュータ端末
４０８ ウェハ
４０９ ウェハチャック
４１０ ＸＹステージ
４１１ モニタ
４１７ ＣＣＤカメラ
４２０ メモリ

Claims (16)

1. 複数の基板に対して予め決められた配列で形成される複数の対象物を予め決められた基準位置に位置合せする装置であって、
   前記複数の基板の夫々に形成された対象物の位置を計測する計測手段と、
   前記計測手段により計測された位置の設計上の位置からのずれ量を算出するずれ量算出手段と、
   前記ずれ量算出手段により算出されたずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差に対して複数の補正条件を順次適用したときの非線形誤差の安定性を示す指標を算出する指標算出手段と、
   前記指標算出手段により算出された指標に基づいて、各基板に対する補正条件を選定する選定手段と、を具備することを特徴とする装置。
2. 前記ずれ量算出手段により算出されたずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差から各基板毎の代表データを選択する選択手段と、
   予め決められた基準値を用いて前記代表データをグループ分けする分類手段と、を更に備え、
   前記指標算出手段は、前記分類されたグループ毎に、前記ずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差に対して複数の補正条件を順次適用したときの非線形誤差の安定性を示す指標を算出し、
   前記選定手段は、前記指標算出手段により算出された指標に基づいて、前記分類されたグループ毎に基板に対する補正条件を選定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記非線形誤差の安定性は、全基板及び全対象物形成領域における非線形誤差のトータルのばらつきと、位置が同じ対象物形成領域の非線形誤差の全基板に対するばらつきを全対象物形成領域で平均した値とに基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記非線形誤差の安定性は、前記分類されたグループ毎に、全基板及び全対象物形成領域における非線形誤差のトータルのばらつきと、位置が同じ対象物形成領域の非線形誤差の全基板に対するばらつきを全対象物形成領域で平均した値とに基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 前記代表データは、前記基板における特定の対象物形成領域の設計上の位置からのずれ量であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 前記特定の対象物形成領域は、前記線形誤差成分を除去した非線形誤差が最も大きい領域であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記代表データは、前記基板の倍率誤差であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
8. 複数の基板に対して予め決められた配列で形成される複数の対象物を予め決められた基準位置に位置合せする方法であって、
   前記複数の基板の夫々に形成された対象物の位置を計測する計測工程と、
   前記計測された位置の設計上の位置からのずれ量を算出するずれ量算出工程と、
   前記算出されたずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差に対して複数の補正条件を順次適用したときの非線形誤差の安定性を示す指標を算出する指標算出工程と、
   前記算出された指標に基づいて、各基板に対する補正条件を選定する選定工程と、を具備することを特徴とする方法。
9. 前記ずれ量算出工程により算出されたずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差から各基板毎の代表データを選択する選択工程と、
   予め決められた基準値を用いて前記代表データをグループ分けする分類工程と、を更に備え、
   前記指標算出工程では、前記分類されたグループ毎に、前記ずれ量から線形誤差成分を除去した非線形誤差に対して複数の補正条件を順次適用したときの非線形誤差の安定性を示す指標を算出し、
   前記選定工程では、前記算出された指標に基づいて、前記分類されたグループ毎に基板に対する補正条件を選定することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記非線形誤差の安定性は、全基板及び全対象物形成領域における非線形誤差のトータルのばらつきと、位置が同じ対象物形成領域の非線形誤差の全基板に対するばらつきを全対象物形成領域で平均した値とに基づいて算出されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記非線形誤差の安定性は、前記分類されたグループ毎に、全基板及び全対象物形成領域における非線形誤差のトータルのばらつきと、位置が同じ対象物形成領域の非線形誤差の全基板に対するばらつきを全対象物形成領域で平均した値とに基づいて算出されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記代表データは、前記基板における特定の対象物形成領域の設計上の位置からのずれ量であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記特定の対象物形成領域は、前記線形誤差成分を除去した非線形誤差が最も大きい領域であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記代表データは、前記基板の倍率誤差であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
15. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置合わせ装置を備え、
    前記対象物が前記基板上に形成される露光領域であり、
    原版と基板とを相対的に移動して当該原版上のパターンを基板上に露光することを特徴とする露光装置。
16. 請求項１５に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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