JP2008166737A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 重ね合わせ検査を実施することなく決定される計測条件での計測精度を改善する。
【解決手段】 本発明は、基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置である。露光装置は、計測部と処理部とコンソールとを備える。計測部は、該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する。処理部は、該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求める。コンソールは、該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

半導体デバイス製造用の露光装置においては、回路の微細化及び高密度化に伴い、レチクル面上の回路パターンを基板面上により高い解像力で投影露光できることが要求されている。回路パターンの投影解像力は投影光学系の開口数（ＮＡ）と露光波長に依存するので、高解像度化の方法としては、投影光学系のＮＡを大きくする方法や露光波長をより短波長化する方法が採用されている。露光波長をより短波長化する方法において、露光光源は、ｇ線からｉ線に移行し、更にｉ線からエキシマレーザに移行しつつある。また、エキシマレーザにおいても、その発振波長が２４８ｎｍ及び１９３ｎｍの露光装置が既に実用化され使用されている。現在では１３ｎｍのＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）露光方式が次世代の露光方式の候補として検討されている。

また、半導体デバイスの製造プロセスも多様化しており、露光装置の深度不足の問題を解決する平坦化技術として、化学機械的研磨（ＣＭＰ）プロセス等の技術も注目されている。また、半導体デバイスの構造や材料も多種多様である。例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物を組み合わせて構成したＰ−高電子移動度トランジスタやＭ−高電子移動度トランジスタや、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ等を使用したヘテロ接合バイポーラトランジスタが提案されている。

一方、回路パターンの微細化に伴い、回路パターンが形成されているレチクルとそれが投影される基板とを高精度にアライメントすることも要求されている。その必要精度は回路線幅の１／３であり、例えば、現状の９０ｎｍデザインにおける必要精度はその１／３の３０ｎｍである。

しかし、基板アライメントを実施する際には、製造プロセスに起因する基板のプロセス誤差（wafer induced shift）が発生することがあり、半導体デバイスの性能、及び半導体デバイス製造の歩留まりを低下させる要因となっていた。本明細書では、プロセス誤差（Wafer Induced shift）を「WIS」と呼ぶ。WISの一例としては、ＣＭＰ工程等の平坦化プロセスの影響により、アライメントマークの構造が非対称となってしまうものや、基板に塗布するレジスト形状が非対称になるものがある。更に、半導体デバイスは複数のプロセスを経て作成されるため、プロセス毎にアライメントマークの光学条件が変わりWISの量がプロセス毎にばらつくことも問題となっていた。これに対処するためには複数のアライメント用の計測条件を複数用意し、プロセス毎に最適な計測条件を決定する必要がある。従来の基板アライメントでは実際に幾つかの計測条件で基板を露光し重ね合わせ検査（重ね焼き検査）することで、最も重ね合わせ検査の結果が良い計測条件を決定していた。しかし、この方法は計測条件の決定に多大な時間を要した。特許文献１では「アライメントマーク信号の非対称性やコントラストを定量化した値」を指標とすることで、重ね焼き検査を実施すること無く、計測条件を決定する手法が提案された。「アライメントマーク信号の非対称性やコントラストを定量化した値」のように、アライメントマークの信号から算出された計測精度に関わる特徴量を、本明細書では「特徴量」と呼ぶこととする。
特開平４−３２２１９号公報

特許文献１に記載される計測条件を決定する方法では、特徴量の基板面内における平均値や基板面内のばらつきを指標として計測条件が決定される。しかし、実際のデバイス製造現場で発生する計測誤差は、基板のシフト・倍率・回転が問題となるため、従来の指標では実際に問題となっているWISと対応させることが難しい。したがって、WISの影響を受けにくい計測条件を決定することができなかった。

本発明は、重ね合わせ検査を実施することなく決定される計測条件での計測精度を改善することを例示的目的とする。

本発明の第１の側面は、基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求め、
該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数に基づき、前記計測部にアライメントマークの位置を計測させる計測条件を設定する、処理部と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第２の側面は、基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求める、処理部と、
該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数を表示するコンソールと、
を備えることを特徴とする。

本発明の第３の側面は、基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求め、
該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数の複数の基板にわたるばらつきに基づき、前記計測部にアライメントマークの位置を計測させる計測条件を設定する、処理部と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第４の側面は、基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求める、処理部と、
該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数の複数の基板にわたるばらつきを表示するコンソールと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、重ね合わせ検査を実施することなく決定される計測条件での計測精度を改善することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は露光装置の概略図である。露光装置１は、レチクル２を縮小投影する縮小投影光学系３と、基板４を保持する基板チャック５と、基板４を所定の位置に位置決めする基板ステージ６と、アライメント検出光学系７、コンソール１００等から構成されている。レチクル２には、ある回路パターンが描画されている。基板４には、前工程で下地パターンおよびアライメントマークが形成されている。アライメント検出光学系７は、基板４上のアライメントマーク１５のイメージ信号を得、該信号に基づいてアライメントマーク１５の位置を計測する計測部として機能する。

図１１は本実施形態の計測条件を決定する方法を示す一連のフローチャートである。

Ｓ１０１で基板４が露光装置１に搬入される。Ｓ１０２で、中央処理装置（処理部）９の中の設定部１０は、アライメントを行う際の条件である計測条件を設定する。計測条件は、例えば、計測の際の照明条件、アライメントマークの種類、サンプルショットの数、サンプルショットの配置でありうる。サンプルショットは、基板４上のアライメントマーク１５が設けられた複数のショット領域のうちでショット配列を決定するためにアライメントマーク１５が計測されるショット領域である。

Ｓ１０３で、アライメント検出光学系７は、基板４上のサンプルショットセットの中の１つのサンプルショットについてアライメントマーク１５の位置を検出する。図２はアライメント検出光学系７の主要な構成要素を示したものである。光源７１からの照明光は、ビームスプリッタ７２で反射し、レンズ７３を通り、基板４上のアライメントマーク１５を照明する。アライメントマーク１５からの回折光はレンズ７３、ビームスプリッタ７２、レンズ７４を通り、ビームスプリッタ７５で分割され、分割された回折光はＣＣＤセンサ７６，７７で受光される。アライメントマーク１５は、レンズ７３，７４により分解能が計測精度を満たすことができる倍率で拡大され、ＣＣＤセンサ７６，７７に結像される。ＣＣＤセンサ７６，７７はそれぞれ、アライメントマーク１５のＸ方向のずれ計測用、アライメントマーク１５のＹ方向のずれ計測用になっており、光軸に対して９０度回転されて設置されている。Ｘ方向とＹ方向の計測原理は同じなので、Ｘ方向の位置の計測についてのみ説明する。

図３に位置の計測に用いるアライメントマーク１５の一例を示す。この例では、計測方向（Ｘ方向）と非計測方向（Ｙ方向）に所定の長さの短冊型アライメントマーク１６が、Ｘ方向に所定の間隔で複数本並んでいる。このとき、アライメントマーク１５の断面構造はエッチング処理によって凹形状をしており、アライメントマーク１５上にはレジスト１７が塗布されている。

図４に、複数本の短冊型アライメントマーク１６に照明光を照射して得られる反射光をＣＣＤセンサ７６で受光したときの、アライメントマークの信号１８の一例を示す。図４の各信号１８から各アライメントマークの位置を検出する。最終的に各アライメントマークの位置の平均値を求め、アライメントマーク位置として検出する。

ステップＳ１０４で、第１の算出部１２は、特徴量Ｗを算出する。特徴量Ｗは、例えばアライメントマークの信号の非対称性Ｓ、コントラスト（Ｓ／Ｎ比）Ｃ、形状Ｐを使って表される数式（１）を用いて算出することができる。特徴量Ｗの算出は、中央処理装置９の第１の算出部１２によってなされる。
Ｗ＝Ａ×Ｓａ×Ｃｂ×Ｐｃ ・・・・・・・・・・（１）
Ａ、ａ、ｂ、ｃは特徴量ＷとWISとの関係から求まる定数である
信号の非対称性Ｓは図５の信号の「右側処理領域Ｒｗ」と「左側処理領域Ｌｗ」に対して数式（２）で定義する。以下、「右側処理領域Ｒｗ」及び「左側処理領域Ｌｗ」を、それぞれ「右ウインドウ」及び「左ウインドウ」という。
Ｓ＝（Ｒｗ内σ−Ｌｗ内σ）／（Ｒｗ内σ＋Ｌｗ内σ） ・・・・（２）
ここでσは標準偏差である。

信号のコントラストＣは図６の信号の右ウインドウＲｗと左ウインドウＬｗに対して数式（３）で定義する。
Ｃ＝（Ｒｗ内コントラスト＋Ｌｗ内コントラスト）／２ ・・・・（３）
ｗ内コントラスト＝（ｗ内最大値−ｗ内最小値）／（ｗ内最大値＋ｗ内最小値）
信号の形状Ｐは図７の信号の右ウインドウＲｗと左ウインドウＬｗに対して数式（４）で定義する。
Ｐ＝｛（Ｌｗ右端値＋Ｒｗ左端値）−（Ｌｗ左端値＋Ｒｗ右端値）｝／
｛（Ｌｗ右端値＋Ｒｗ左端値）＋（Ｌｗ左端値＋Ｒｗ右端値）｝
・・・・・・・・・・・・・・（４）
特徴量ＷとWISに相関があることは、例えば図８に示すように、実際にWISが発生している基板を使用した実験によって確認されている。つまり特徴量Ｗを求めることで「信号がどの程度WISを発生させ得るか（以下、「WISに対する影響度」という。）」を知ることが可能となる。本実施形態では、特徴量Ｗを計測条件を決定する際の指標として使用する。

次に、第１の算出部１２は、基板上の全ショット領域から選択した複数のサンプルショットそれぞれに対して、Ｓ１０３〜Ｓ１０４を繰り返しながら、各サンプルショットのアライメントマークの位置を検出し、特徴量Ｗを順次算出していく。サンプルショットの全てについてアライメントマークの位置を検出し、特徴量Ｗを算出したらＳ１０６に進む。この実施形態では、サンプルショットの全てについてアライメントマークの位置を検出する。しかし、サンプルショットの全てではなく、少なくとも一部の複数のサンプルショットについてアライメントマークの位置を検出することとしうる。

Ｓ１０６で、各サンプルショットのアライメントマークの位置を統計処理してショット配列の目標配列からのずれ量を示す第２の指標を算出するグローバルアライメントが実施される。第２の指標は特徴量Ｗに基づくものではない。第２の指標の算出は、中央処理装置９の第２の算出部１３によって行われる。
グローバルアライメントの方法については、例えば特開昭６３−２３２３２１号公報に示されている。

以下、グローバルアライメントの計算方法のみ簡単に説明する。ショット配列のずれ量は、Ｘ方向のシフトSxと、Ｙ方向のシフトSyと、X軸に対する回転θxと、Y軸に対する回転θyと、X方向の倍率Bxと、Y方向の倍率Byのパラメータで記述できる。各サンプルショットの検出値Aiは、検出ショット番号をｉとすると、数式（５）によって決定される。

各サンプルショットのアライメントマークを設計した位置の座標Diは、数式（６）によって決定される。

グローバルアライメントでは、先に示したショット配列のずれ量を表す６つのパラメータ（Sx, Sy, θx, θy, Bx, By）を用いて、以下の１次座標変換D'iを行う。D'iは数式（７）によって決定される。

ここで、θx,θyは微小量であるためcosθ=1,sinθ=θを用いた。またBx≒1,By≒1のため、θx×Bx=θx, θy×By=θy等の近似を用いた。

図９に示すようにWで示す位置に基板上のアライメントマークがあり、設計上の位置であるMの位置からAiだけずれており、座標変換D'iを行うと基板上のアライメントマークの位置ずれ（以下、「補正残差」という。）はRiとなる。ここで、図９は座標変換D'iと補正残差Riを示す概略図である。補正残差Riは数式（８）によって決定される。
Ri＝（Di＋Ai）−D'i ・・・・・・・・・（８）
グローバルアライメントでは各サンプルショットでの補正残差Riが最小になるように最小二乗法を適用している。すなわち、数式（１０）により補正残差Riの平均二乗和Vを最小とするシフト、回転、倍率のずれ量（Sx,Sy, θx,θy, Bx, By）すなわちショット配列のずれ量を算出する。Vは数式（９）により決定される。

数式（９）及び数式（１０）に、各サンプルショットでの検出値（xi,yi）及び設計位置（Xi,Yi）を代入してシフト、回転、倍率のずれ量（Sx, Sy,θx, θy, Bx, By）を求める。以上でグローバルアライメントによるショット配列のずれ量の算出は終了する。

Ｓ１０７で中央処理装置９の第２の算出部１３は、全サンプルショットの特徴量Ｗを統計演算して、「ショット配列の目標配列からのずれ量」を示す第１の指標を算出する。ショット配列のずれ量はＳ１０６のグローバルアライメントの数式（５）を数式（１１）に置き換えて数式（６）〜（１０）まで同様の計算をすることで算出されることができる。

Wxi,Wyiは各サンプルショットの特徴量である。以下、算出したショット配列のずれ量を(WSx,WSy, Wθx, Wθy, WBx, WBy)とする。ショット配列のずれ量を算出することで、マーク信号が発生させ得るWIS量を、実際のデバイス製造現場で問題となっている誤差と同じ成分に変換することができる。これによりWISに対する影響度をより高精度なものとすることが可能となる。

次に、計測条件を変えながら複数の計測条件下でＳ１０２〜Ｓ１０７を繰り返し実施し、計測条件のそれぞれについて、第１の指標が順次算出される。ここで計測条件として、アライメント検出光学系の照明条件、アライメントマークの種類、サンプルショットの数、サンプルショットの配置等を使用しうる。計測条件の設定は中央処理装置９の設定部１０でなされる。設定部１０、第１の算出部１２、第２の算出部１３、決定部１４は、アライメントマークの位置を計測する条件を処理する処理部を構成している。
また、中央処理装置９の制御部１１は、設定された複数の計測条件でアライメントマークが計測されるようにアライメント検出光学系７、基板ステージ６等を制御する。

次に、上記Ｓ１０２〜Ｓ１０７を複数枚の基板に対して実施し、基板のそれぞれについて第１に指標を順次算出していく。Ｓ１１０では、基板間における第１の指標のばらつきを算出する。

基板間における第１の指標のシフトずれ、回転ずれ、倍率ずれのばらつきにより、各計測条件がどのずれ量成分でWISがばらつく影響をどれくらい受けるか予測できる。つまり、計測条件を決定する際の最終的な指標として利用することが可能となる。

Ｓ１１１で、基板間における第１の指標のばらつきが最も小さい計測条件を最もWISの影響を受けにくい計測条件として決定し、一連の計測条件を決定する工程を終了する。計測条件の決定は、中央処理装置９の決定部１４によりなされる。

本実施形態の計測条件を決定する工程を用いることで、実際に重ね焼き評価を実施することなく、デバイス製造現場で問題となっているプロセス誤差を最小にする計測条件を容易に決定することが可能となる。

本実施形態のアライメントマークは図３の形に限定されるものではない。また、マーク特徴量Ｗの算出方法は上記数式１の算出結果に限定されるものではなくWISと相関のある値であれば何を用いても良い。また、選択する計測条件は上記のものに限定されない。また、計測条件を決定する際に使用する第１の指標のばらつきは、デバイス製造現場で問題となっているずれ量成分のみ、例えば回転ずれ量成分のみを使うことができる。また、シフトずれ量成分、回転ずれ量成分、倍率ずれ量成分の少なくとも２つ以上を組み合わせた数式（１２）や数式（１３）の値を用いてもよい。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、基板１枚分の第１の指標の値から計測条件を決定する工程を適用したときの本発明の実施形態である。計測条件を決定する工程以外の露光装置の構成及び動作は第１の実施形態と同じである。本実施形態の計測条件を決定する工程についてのみ、図１２のフローチャートを使って説明する。基板搬入から第１の指標を算出するまでのＳ２０１〜Ｓ２０８は、Ｓ１０１〜Ｓ１０８と同様である。

本実施形態ではＳ２０９で、基板１枚について第１の指標を算出する。

Ｓ２１０では、第１の指標が最も小さい計測条件を最もWISの影響を受けにくい計測条件として決定し、一連の計測条件を決定する工程を終了する。

本実施形態の計測条件を決定する工程を用いることで、計測条件を決定するために計測する基板枚数を１枚に減らすことが可能となり、計測条件を決定する時間の短縮が可能となる。

計測条件を決定する際に使用する第１の指標は、デバイス製造現場で問題となっている誤差成分のみ、例えば回転ずれ量成分のみを使うことができる。また、シフトずれ量成分、回転ずれ量成分、倍率ずれ量成分の少なくとも２つ以上を組み合わせた数式（１４）や数式（１５）の値を用いてもいい。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、複数のサンプルショット配置のそれぞれで第１の指標を算出し、その平均値によって計測条件を決定する実施形態である。計測条件を決定する工程以外の露光装置の構成及び動作は第１の実施形態と同じである。本実施形態の計測条件を決定する工程を図１３のフローチャートを使って説明する。

基板搬入から特徴量Ｗを算出するまでのＳ３０１〜Ｓ３０４の内容は、Ｓ１０１〜Ｓ１０４と同様である。本実施形態では、Ｓ３０１〜Ｓ３０４を全サンプルショットに対して繰り返し実施する。

Ｓ３０６では、図１０に示すような複数のサンプルショット配置の中から１つのサンプルショット配置１を選択し、Ｓ３０７のグローバルアライメントと、Ｓ３０８の特徴量に基づいてショット配列の目標配列からのずれ量の算出を行う。Ｓ３０７〜Ｓ３０８の内容はＳ１０６〜Ｓ１０７と同様であり、ｎ種類のサンプルショット配置で算出が終了するまで繰り返し実施する。Ｓ３１０では、n種類のサンプルショット配置のそれぞれについて特徴量に基づいてショット配列の目標配列からのずれ量の平均値を算出する。Ｓ３０１〜Ｓ３１０を計測条件と基板を変えながら繰り返し実施し、基板間におけるショット配列の目標配列からのずれ量の平均値のばらつきをＳ３１３で算出する。Ｓ３１３で算出した指標から計測条件を決定するＳ３１４はＳ１１１と同様である。本実施形態により、ショット配列のずれ量の再現性を向上することができ、計測条件を決定するときの精度を向上させることが可能となる。なお、第２の実施形態におけるように、ショット配列のずれ量のばらつきではなくずれ量の値に基づいて計測条件を決定してもよい。

［第４の実施形態］
第４の実施形態は、WISによって補正残差成分が問題となっているプロセスでの計測条件を決定するときの精度を上げる実施形態である。計測条件を決定する工程以外の露光装置の構成及び動作は第１の実施形態と同じである。本実施形態の計測条件を決定する工程についてのみ、図14のフローチャートを使って説明する。

基板搬入からグローバルアライメントを実施するまでのＳ４０１〜Ｓ４０６はＳ１０１〜Ｓ１０６と同様である。本実施形態ではＳ４０７において、ショット配列のシフトずれ量成分、倍率ずれ量成分及び回転ずれ量成分以外の残差ずれ量成分を算出し、その3σを算出する。なおσは残差ずれ量成分の標準偏差である。ショット配列の残差ずれ量成分は、数式（５）に数式（１１）を入力して数式（６）〜数式（１０）まで計算した際のRiである。Ｓ４０９で、ショット配列の残差ずれ量成分3σを第１の指標とし計測条件を決定し、一連の計測条件を決定する工程を終了する。これによりWISによる残差ずれ量成分の誤差が問題になっている場合でも計測条件を決定することができる。なお、第３の実施形態３のように、複数のサンプルショット配置の平均値を用いてもよい。

［第５の実施形態］
第５の実施形態は、数式（３）に示したマーク信号のコントラスト（Ｓ／Ｎ比）Cが低い計測条件を最初に候補から除去することで、計測条件を決定する時間の短縮と決定の精度の向上を実現する実施形態である。計測条件を決定する工程以外の露光装置の構成及び動作は第１の実施形態と同じである。本実施形態の計測条件を決定する工程についてのみ、図15のフローチャートを使って説明する。基板搬入からアライメントマークの位置を検出するまでのＳ５０１〜Ｓ５０３はＳ１０１〜Ｓ１０３と同様である。本実施形態ではＳ５０４において、信号のコントラスト（Ｓ／Ｎ比）が設定された閾値よりも小さい場合に、その時の計測条件を決定候補から除去する。候補から除去する理由は、マーク信号のコントラストが一定の閾値以下になると、信号のS/Nが急激に悪化するため、ノイズによるアライメント精度の大幅な低下が発生するためである。また、図8に示す特徴量ＷとWISとの相関関係が弱くなることも分かっており、コントラストが一定の閾値以下の計測条件は精度良く指標を算出できない可能性がある。候補から除去しなかった計測条件に対する以降の処理Ｓ５０５〜Ｓ５１２は、Ｓ１０４〜Ｓ１１１と同様である。本実施形態により、コントラストが設定された閾値以下の計測条件がある場合に、計測条件を決定する時間の短縮と決定の精度の向上が可能になる。なお、本実施形態のステップＳ５０４を、第２〜４の実施形態に適用してもよい。

［第６の実施形態］
第６の実施形態は、複数の異なる指標を使用して最終的な計測条件を決定することで、計測条件を決定するときの信頼度を高める工程を適用したときの本発明の実施形態である。計測条件を決定する工程以外の露光装置の構成及び動作は第１の実施形態と同じである。本実施形態の計測条件を決定する工程についてのみ、図16のフローチャートを使って説明する。基板搬入から、特徴量に基づくショット配列の目標配列からのずれ量の基板間におけるばらつきを算出するまでのＳ６０１〜Ｓ６１０はＳ１０１〜Ｓ１１０と同様である。本実施形態ではＳ６１１において、Ｓ６０６で算出した、特徴量に基づかないショット配列のずれ量の倍率成分の基板間におけるばらつきを、計測条件を決定するための指標の１つとする。Ｓ６１２において、Ｓ６０６で算出した数式（８）の補正残差Riからその標準偏差Ri(3σ)を算出し、その平均値Ri(3σ)(ave)を算出し計測条件を決定するための指標の１つとする。Ｓ６１３では、Ｓ６１０〜Ｓ６１２で算出した各指標を加重平均した値を用いて最終的な計測条件を決定し、一連の計測条件を決定する工程を終了する。本実施形態により、１種類の指標から計測条件を決定する場合よりも、その信頼度を高めることが可能となる。なお、指標の種類と組み合わせはＳ６１０〜Ｓ６１２で使用するものに限定するものではなく、第２の実施形態２のようなショット配列のずれ量の値を使用することも可能である。また、Ｓ６１１で指標とした特徴量に基づかないショット配列のずれ量の基板間におけるばらつきは倍率成分に限定されない。また、Ｓ６１３で最終的な計測条件を決定する方法は、各指標の加重平均に限定するものではない。

［変形例］
以上の実施形態では、第１の指標（数式（５）を数式（１１）に置き換えて算出される、座標変換の式（７）の係数）、または複数の基板にわたる該第１の指標のばらつき（標準偏差等）に基づいて、中央処理装置９が計測条件を自動的に設定した。しかし、複数の計測条件のそれぞれに関して求められた第１の指標、または複数の基板にわたる該第１の指標のばらつきを中央処理装置９が表示部に表示させるようにしてもよい。該表示された情報に基づいて露光装置１のユーザーは計測条件を設定することができる。ここで、当該表示部は、例えば、露光装置１の中央処理装置９に接続されたコンソール１００に含まれていてもよい。

［デバイス製造の実施形態］
次に、図１７及び図１８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１７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方法を例に説明する。

ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製された基板を用いて半導体チップ化する工程である。ステップＳ４は、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）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップ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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１８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Ｓ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置を用い、マスクの回路パターンを介して基板を露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光した基板を現像する。ステップＳ１８（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基板上に多重に回路パターンが形成される。

図１は露光装置の概略図である。 図２は図１におけるアライメント検出光学系７を示す図である。 図３はアライメントマークの一例を示す図である。 図４はアライメントマークの信号の一例を示す図である。 図５は特徴量の説明図である。 図６は特徴量の説明図である。 図７は特徴量の説明図である。 図８は特徴量とWISとの相関関係を示す図である。 図９は座標変換D'iと補正残差Riとの関係を示す説明図である。 図１０は複数のサンプルショットの配置例を示す図である。 図１１は第１の実施形態に係わる計測条件を決定する工程のフローチャートである。 図１２は第２の実施形態に係わる計測条件を決定する工程のフローチャートである。 図１３は第３の実施形態に係わる計測条件を決定する工程のフローチャートである。 図１４は第４の実施形態に係わる計測条件を決定する工程のフローチャートである。 図１５は第５の実施形態に係わる計測条件を決定する工程のフローチャートである。 図１６は第６の実施形態に係わる計測条件を決定する工程のフローチャートである。 図１７は露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１８は図１７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

１：露光装置
２：レチクル
３：縮小投影光学系
４：基板
５：基板チャック
６：基板ステージ
７：アライメント検出光学系
８：アライメント信号処理部
９：中央処理装置
１０：設定部
１１：制御部
１２：第１の算出部
１３：第２の算出部
１４：決定部
１５：アライメントマーク
７１：光源
７２，７５：ビームスプリッタ
７３，７４：レンズ
７６，７７：ＣＣＤセンサ
２０：短冊型のアライメントマーク
２１：レジスト
２２：アライメントマークの信号
１００：コンソール

Claims (8)

1. 基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
   該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
   該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
   該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
   該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求め、
   該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数に基づき、前記計測部にアライメントマークの位置を計測させる計測条件を設定する、処理部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
   該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
   該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
   該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
   該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求める、処理部と、
   該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数を表示するコンソールと、
   を備えることを特徴とする露光装置。
3. 基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
   該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
   該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
   該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
   該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求め、
   該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数の複数の基板にわたるばらつきに基づき、前記計測部にアライメントマークの位置を計測させる計測条件を設定する、処理部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
4. 基板上に配された複数の領域のそれぞれを露光する露光装置であって、
   該領域に形成されたアライメントマークのイメージ信号を得、該信号に基づいて該アライメントマークの位置を計測する計測部と、
   該複数の領域のうち少なくとも一部の複数の領域のそれぞれに形成されたアライメントマークの位置を前記計測部に複数の計測条件下で計測させ、
   該計測条件のそれぞれに関し、該信号の特徴量を求め、
   該複数の計測条件のそれぞれに関し、該計測された位置を近似する式であって該アライメントマークの設計上の位置の座標変換の式を用いて、該特徴量を近似する該座標変換の式の係数を求める、処理部と、
   該複数の計測条件のそれぞれに関して求められた該係数の複数の基板にわたるばらつきを表示するコンソールと、
   を備えることを特徴とする露光装置。
5. 該特徴量は、該信号の非対称性を表す量、該信号のコントラストを表す量及び該信号の形状を表す量の少なくとも１つを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記処理部は、前記計測部にアライメントマークの位置を計測させる計測条件として、該複数の計測条件のうち該係数が最小となる計測条件を設定する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
7. 前記処理部は、前記計測部にアライメントマークの位置を計測させる計測条件として、該複数の計測条件のうち該係数のばらつきが最小となる計測条件を設定する、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の露光装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載される露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された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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