(57)【要約】【課題】一つの実施形態は、各ショット領域ごとに適切に計測を行うことができる計測方法、計測プログラム、及び計測システムを提供することを目的とする。【解決手段】一つの実施形態によれば、計測方法が提供される。計測方法は、基板上の複数のショット領域のそれぞれについて、重ね合わせる複数のレイヤーに関するレイヤー情報を取得することを含む。計測方法は、取得されたレイヤー情報に基づいて、複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分けることを含む。計測方法は、複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定することを含む。【選択図】図４
2018155842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数のショット領域のそれぞれについて、重ね合わせる複数のレイヤーに関するレイヤー情報を取得することと、
前記取得されたレイヤー情報に基づいて、前記複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分けることと、
前記複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定することと、
を備えたことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記複数のグループのそれぞれについて、前記決定された計測条件で計測を行うことと、
前記複数のグループのそれぞれについて、前記計測の結果に応じて、前記決定された計測条件を変更することと、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記レイヤー情報の取得は、
前記基板の反り形状、前記基板の表面段差、前記基板上に成膜された膜の厚さの少なくとも１つを測定することと、
前記測定の結果に応じて、レイヤーの高さ、レイヤーの膜厚、及びレイヤーの構造の少なくとも１つを含む前記レイヤー情報を求めることと、
を含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記計測条件は、前記計測に用いられる光学顕微鏡の焦点位置、前記光学顕微鏡の撮像に用いられる光の波長、複数のテンプレート画像のうち前記計測に用いられるテンプレート画像を指定する情報の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項５】
コンピュータに
基板上の複数のショット領域のそれぞれについて、重ね合わせる複数のレイヤーに関するレイヤー情報を取得することと、
前記取得されたレイヤー情報に基づいて、前記複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分けることと、
前記複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定することと、
を行わせることを特徴とする計測プログラム。
【請求項６】
基板上の複数のショット領域のそれぞれについて、重ね合わせる複数のレイヤーに関するレイヤー情報を取得する取得部と、
前記取得されたレイヤー情報に基づいて、前記複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分ける処理部と、
前記複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定する決定部と、
を備えたことを特徴とする計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、計測方法、計測プログラム、及び計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造では、基板上における複数のショット領域に渡って、複数のレイヤーが形成される。このとき、各ショット領域ごとに、適切に計測を行うことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７９２８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの実施形態は、各ショット領域ごとに適切に計測を行うことができる計測方法、計測プログラム、及び計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施形態によれば、計測方法が提供される。計測方法は、基板上の複数のショット領域のそれぞれについて、重ね合わせる複数のレイヤーに関するレイヤー情報を取得することを含む。計測方法は、取得されたレイヤー情報に基づいて、複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分けることを含む。計測方法は、複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態にかかる計測システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる計測プログラムの構成を示す図である。
【図３】図３は、実施形態における計測装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施形態にかかる計測システムの動作（計測方法）を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施形態における段差計測の結果を示す図である。
【図６】図６は、実施形態における基板の反りの計測結果を示す図である。
【図７】図７は、実施形態における膜厚の計測結果を示す図である。
【図８】図８は、実施形態におけるグループ分け規則を示す図である。
【図９】図９は、実施形態におけるグループ分け規則を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態におけるグループ分け登録情報を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態におけるグループ分け登録情報を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態における計測条件情報を示す図である。
【図１３】図１３は、実施形態における計測装置の計測対象を示す図である。
【図１４】図１４は、実施形態における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、実施形態の変形例にかかる計測プログラムの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、実施形態の他の変形例にかかる計測プログラムが適用されたハードウェアの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる計測システムを詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（実施形態）
実施形態にかかる計測方法は、半導体装置の製造工程において実行される。半導体装置の製造工程では、基板（例えば、半導体基板）の上方に複数のレイヤーが積層される。各レイヤーには、ショット領域ごとにデバイスパターンと重ね合わせマークとが形成される。各レイヤーのデバイスパターンが積層されることで、基板に半導体回路等が形成される。半導体装置の露光工程では、パターン形成前の上層レイヤーへのパターン転写位置を決定するために、下層レイヤーの重ね合わせマークを用いて、転写位置に対する基準位置が計測される。半導体装置の検査工程では、パターン形成後の上下のレイヤーが適正に重ね合されているか検査するために、上下のレイヤーの重ね合わせマークを用いて、上下のレイヤー間の合わせずれ量が計測される。
【０００９】
半導体装置の製造において、半導体集積回路の微細化の難易度が上がり、微細化のペースが鈍化している。メモリ用半導体については、微細化せずに記憶容量を増大させるために記憶素子部を積層構造とし、積層数を増やすことで記憶容量を増やす、いわゆる３Ｄメモリの開発が進んでいる。
【００１０】
３Ｄメモリ製造における課題の１つに、高積層化に伴う基板の反り・変形・段差がある。これらがあると、半導体装置の露光工程又は半導体装置の検査工程において、重ね合わせマークを光学的に計測する際に、基板内の位置によって重ね合わせマークの見え方（光学像のブライトネス・鮮明度・コントラスト・色合い等）が異なり、計測不可能のエラーが発生することがある。計測不可能のエラーが発生すると、基板の処理が停止してしまう。
【００１１】
そこで、本実施形態では、重ね合わせマークの計測について、基板の反り・変形・段差等の情報に基づき基板における複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分け、各グループごとに属性に応じた計測条件を決定することで、計測不可能のエラーの発生防止を図る。
【００１２】
すなわち、本実施形態は、少なくとも下層レイヤーの情報を事前にフィードフォワードする手法を提案するものである。３Ｄデバイス構造の形成プロセスにおいては、成膜の応力起因の基板の反り、デバイス構造による段差が発生し、さらにそれらが原因となって後続工程において成膜の膜厚ばらつきが発生する。これにより、半導体装置の露光工程や半導体装置の検査工程において、基板面内で重ね合わせマークの見え方が異なり、計測不可能のエラーが発生することがある。そのため、事前に基板の段差・反り・膜厚の計測を行い、それらの結果を用いて計測ショットをグルーピングし、グループごとに計測条件の適切化を行って、計測不可能のエラーの発生を防止させる計測システムを提案する。
【００１３】
具体的には、図１に示す計測システム１００を用いて転写位置決定の計測又は合わせずれ検査の計測を行う。図１は、計測システム１００のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００１４】
計測システム１００は、搬送系１０１、塗布装置１０２、露光装置１０３、熱処理装置１０４、現像装置１０５、合わせずれ検査装置１０６、反り計測装置１０７、膜厚計測装置１０８、ホストコントローラ１０９、段差計測装置１１０、及びデータベース１３０を有する。塗布装置１０２、露光装置１０３、熱処理装置１０４、現像装置１０５、合わせずれ検査装置１０６、反り計測装置１０７、膜厚計測装置１０８、及び段差計測装置１１０は、搬送系１０１を介して互いに基板を搬送可能に構成されている。
【００１５】
ホストコントローラ１０９は、通信線（図示せず）を介して搬送系１０１、塗布装置１０２、露光装置１０３、熱処理装置１０４、現像装置１０５、合わせずれ検査装置１０６、反り計測装置１０７、膜厚計測装置１０８、段差計測装置１１０、及びデータベース１３０に通信可能に接続されている。ホストコントローラ１０９は、搬送系１０１、塗布装置１０２、露光装置１０３、熱処理装置１０４、現像装置１０５、合わせずれ検査装置１０６、反り計測装置１０７、膜厚計測装置１０８、及び段差計測装置１１０のそれぞれを制御するとともに、データベース１３０を参照可能である。
【００１６】
露光装置１０３は、計測装置１０３ａを有する。計測装置１０３ａは、パターン形成前の上層レイヤーへのパターン転写位置を決定するための計測を行う。合わせずれ検査装置１０６は、計測装置１０６ａを有する。計測装置１０６ａは、パターン形成後の上下のレイヤーが適正に重ね合されているか検査するための計測を行う。
【００１７】
次に、計測プログラム１４０の機能構成について図２を用いて説明する。図２は、計測プログラム１４０の機能構成を示す図である。
【００１８】
計測プログラム１４０は、計測装置１０３ａ及び計測装置１０６ａのそれぞれに実装されている。計測プログラム１４０は、計測装置１０３ａ及び計測装置１０６ａのそれぞれでハードウェア的に（例えば、回路として）実装されていてよいし、ソフトウェア的に（例えば、メモリ（図示せず）に格納され一括して又は処理の進行に応じて順次に読み出される機能モジュールとして）実装されていてよいし、一部の機能がハードウェア的に実装され、残りの機能がソフトウェア的に実装されていてもよい。
【００１９】
計測プログラム１４０は、ロット履歴情報管理部１４１、ロット情報解析部１４２、処理部１４３、計測条件決定部１４４、処理部１４５、及び計測条件決定部１４６を有する。
【００２０】
ロット履歴情報管理部１４１は、複数の基板を含むロットにおける各基板について、基板上の複数のショット領域ごとのレイヤー情報を管理する。ロットは、搬送系１０１で搬送される複数の基板の集まりであり、基板の管理単位である。レイヤー情報は、重ね合わせる複数のレイヤーに関する計測結果を含む情報である。
【００２１】
例えば、ロット履歴情報管理部１４１は、段差計測装置１１０から段差計測の結果をレイヤー情報として取得することができる。ロット履歴情報管理部１４１は、反り計測装置１０７から反り計測の結果をレイヤー情報として取得することができる。ロット履歴情報管理部１４１は、膜厚計測装置１０８から膜厚計測の結果をレイヤー情報として取得することができる。
【００２２】
ロット情報解析部１４２は、複数の基板を含むロットにおける各基板について、基板の表面段差、基板の反り形状、基板上に成膜された膜の厚さに応じて、レイヤー情報を求める。レイヤー情報は、レイヤーの高さ、レイヤーの膜厚、及びレイヤーの構造の少なくとも１つを含む情報である。ロット情報解析部１４２は、レイヤー情報を処理部１４３，１４５へそれぞれ供給する。
【００２３】
処理部１４３は、転写位置決定の計測について、基板上の複数のショット領域のグループ分けの処理を行う。すなわち、処理部１４３は、複数の基板を含むロットにおける各基板について、レイヤー情報に基づいて、基板上の複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分ける。処理部１４３は、通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０にアクセスし、グループ分け規則１３１を参照する。グループ分け規則１３１は、レイヤーの属性（例えば、レイヤーの高さ、レイヤーの膜厚、及びレイヤーの構造）が近いものが同じグループになるように予め決められている。すなわち、複数のグループは、レイヤーの属性を複数の区間に区分けした場合における各区間のラベルとみなすことができる。
【００２４】
処理部１４３は、レイヤー情報とグループ分け規則１３１とに基づいて、基板上の複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分ける。処理部１４３は、グループ分けの結果に応じて、転写位置決定用のグループ分け登録情報１３２を生成する。グループ分け登録情報１３２は、ショット領域を識別する情報とグループを識別する情報とが基板上の複数のショット領域について対応付けられた情報である。処理部１４３は、グループ分け登録情報１３２をロットの識別子及び基板の識別子に関連付けて通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する。
【００２５】
計測条件決定部１４４は、転写位置決定の計測について、基板における各グループの計測条件を決定する。すなわち、計測条件決定部１４４は、転写位置決定用のグループ分け登録情報１３２を処理部１４３から又は通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０から取得する。計測条件決定部１４４は、グループ分け登録情報１３２に含まれた複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定する。計測条件決定部１４４は、初期状態において、各グループごとに、予め決定されたデフォルトの計測条件を決定することができる。デフォルトの計測条件は、試作用の基板を用いて、予め実験的に決定された計測条件である。計測条件決定部１４４は、決定された計測条件を計測条件情報１３３として露光装置１０３における計測装置１０３ａへ供給する（図３参照）。また、計測条件決定部１４４は、転写位置決定用の計測条件情報１３３をロットの識別子及び基板の識別子に関連付けて通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する（図１参照）。
【００２６】
ロットにおける各基板は、露光処理が互いに近いタイミングで行われ得る。ロットにおける各基板では、レイヤーの属性が近くなっている可能性がある。このため、計測条件決定部１４４は、ロットにおける１つの基板について実際に計測装置１０３ａで計測された結果をフィードバックして、デフォルトの計測条件からより適切な計測条件へ、基板の重ね合わせマークの計測に用いるべき計測条件を変更できる。計測条件決定部１４４は、変更後の計測条件を計測条件情報１３３として露光装置１０３における計測装置１０３ａへ供給する（図３参照）。また、計測条件決定部１４４は、転写位置決定用の計測条件情報１３３をロットの識別子及び基板の識別子に関連付けて通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する（図１参照）。
【００２７】
処理部１４５は、合わせずれ検査の計測について、基板上の複数のショット領域のグループ分けの処理を行う。すなわち、処理部１４５は、複数の基板を含むロットにおける各基板について、レイヤー情報に基づいて、基板上の複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分ける。処理部１４５は、通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０にアクセスし、グループ分け規則１３１を参照する。グループ分け規則１３１は、レイヤーの属性（例えば、レイヤーの高さ、レイヤーの膜厚、及びレイヤーの構造）が近いものが同じグループになるように予め決められている。すなわち、複数のグループは、レイヤーの属性を複数の区間に区分けした場合における各区間のラベルとみなすことができる。
【００２８】
処理部１４５は、レイヤー情報とグループ分け規則１３１とに基づいて、基板上の複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分ける。処理部１４５は、グループ分けの結果に応じて、合わせずれ検査用のグループ分け登録情報１３５を生成する。グループ分け登録情報１３５は、ショット領域を識別する情報とグループを識別する情報とが基板上の複数のショット領域について対応付けられた情報である。処理部１４５は、グループ分け登録情報１３５を通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する。
【００２９】
計測条件決定部１４６は、合わせずれ検査の計測について、基板における各グループの計測条件を決定する。すなわち、計測条件決定部１４６は、合わせずれ検査用のグループ分け登録情報１３５を処理部１４５から又は通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０から取得する。計測条件決定部１４６は、グループ分け登録情報１３５に含まれた複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定する。計測条件決定部１４６は、初期状態において、各グループごとに、予め決定されたデフォルトの計測条件を決定することができる。デフォルトの計測条件は、試作用の基板を用いて、予め実験的に決定された計測条件である。計測条件決定部１４４は、決定された計測条件を計測条件情報１３４として合わせずれ検査装置１０６における計測装置１０６ａへ供給する（図３参照）。また、計測条件決定部１４４は、合わせずれ検査用の計測条件情報１３４をロットの識別子及び基板の識別子に関連付けて通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する（図１参照）。
【００３０】
ロットにおける各基板は、合わせずれ検査が連続したタイミングで行われ得る。ロットにおける各基板では、レイヤーの属性が近くなっている可能性がある。このため、計測条件決定部１４６は、ロットにおける１つの基板について実際に計測装置１０３ａ，１０６ａで計測された結果をフィードバックして、デフォルトの計測条件からより適切な計測条件へ、基板の重ね合わせマークの計測に用いるべき計測条件を変更できる。計測条件決定部１４４は、変更後の計測条件を計測条件情報１３３として合わせずれ検査装置１０６における計測装置１０６ａへ供給する（図３参照）。また、計測条件決定部１４４は、合わせずれ検査用の計測条件情報１３４をロットの識別子及び基板の識別子に関連付けて通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する（図１参照）。
【００３１】
次に、計測装置１０３ａの構成について図３を用いて説明する。図３は、計測装置１０３ａの構成を示す図である。
【００３２】
計測装置１０３ａは、光源３１、波長フィルタ４１、照明レンズ３２、ハーフミラー３３、対物レンズ３４、結像レンズ３５、撮像素子３６、画像処理部３７、演算処理部３８、記憶部４２、及びステージ３９を有する。記憶部４２は、波長フィルタ設定情報４２１、Ｆｏｃｕｓ設定情報４２２、テンプレート画像情報４２３、計測条件情報１３３、及び計測プログラム１４０を格納する。
【００３３】
波長フィルタ設定情報４２１は、波長フィルタ４１に含まれる複数のフィルタの設定値に関する情報を含む。複数のフィルタの設定値は、例えば、フィルタＡ、フィルタＢ、フィルタＣ、フィルタＤ、フィルタＥを含む。
【００３４】
Ｆｏｃｕｓ設定情報４２２は、計測装置１０３ａの複数のＦｏｃｕｓ設定値に関する情報を含む。複数のＦｏｃｕｓ設定値は、ステージ３９を制御すべき複数の高さ位置に対応し、例えば、ＦｏｃｕｓＡ、ＦｏｃｕｓＢ、ＦｏｃｕｓＣ、ＦｏｃｕｓＤ、ＦｏｃｕｓＥを含む。
【００３５】
テンプレート画像情報４２３は、画像における重ね合わせマークのテンプレートマッチングに用いられるべき複数のテンプレート画像に関する情報を含む。複数のテンプレート画像の識別子は、例えば、テンプレートＡ、テンプレートＢ、テンプレートＣ、テンプレートＤ、テンプレートＥを含む。
【００３６】
計測条件情報１３３は、計測プログラム１４０に従って決定された計測条件を示す情報であり、転写位置決定用の計測条件を示す情報である。計測条件情報１３３は、グループを識別する情報と波長フィルタの設定値とＦｏｃｕｓ設定値とテンプレート画像を識別する情報とが複数のグループについて対応付けられた情報である（図１２参照）。
【００３７】
光源３１は、基板Ｗを照明する照明光を発生する。照明光の波長は可視領域または赤外領域に設定することができる。波長フィルタ４１は、複数のフィルタを有し、複数のフィルタのうち選択されたフィルタを光源３１から基板Ｗへの光路に挿入可能に構成されている。複数のフィルタは、互いに異なる波長帯域の光を選択的に透過させるように構成されている。例えば、波長フィルタ４１は、計測条件情報１３３に従って選択されたフィルタを光源３１から基板Ｗへの光路に挿入する。
【００３８】
照明レンズ３２は、光源３１から放射され波長フィルタ４１を通過した照明光を集光させる。ハーフミラー３３は、基板Ｗから放射された照明光を反射させたり、基板Ｗから反射された反射光を透過させたりする。対物レンズ３４は、照明光を基板Ｗ上に集光させる。基板Ｗが載置されたステージ３９は、駆動機構（図示せず）により高さ位置が制御可能であり、計測条件情報１３３に従って選択されたＦｏｃｕｓ設定値に対応する高さ位置に制御され得る。
【００３９】
結像レンズ３５は、撮像素子３６の撮像面に照明光を集光させる。撮像素子３６は、基板Ｗ上の重ね合わせマークを撮像する。撮像素子３６は、ＣＣＤであってもよいし、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。画像処理部３７は、撮像素子３６で撮像された撮像画像を画像処理する。演算処理部３８は、撮像素子３６で撮像された撮像画像と複数のテンプレート画像のうち選択されたテンプレート画像とを用いてテンプレートマッチングを行い、撮像画像における重ね合わせマークを画像認識する。例えば、演算処理部３８は、撮像画像と計測条件情報１３３に従って選択されたテンプレート画像とを用いてテンプレートマッチングを行い、撮像画像における重ね合わせマークを画像認識する。演算処理部３８は、重ね合わせマークの画像認識に成功すると、その認識された画像から重ね合わせマークの合わせずれ量を算出する。
【００４０】
なお、図３では、光源３１と照明レンズ３２との間に波長フィルタ４１がフィルタを挿入可能である場合について例示されているが、波長フィルタ４１がフィルタを挿入可能である位置は、光源３１から基板Ｗへの光路の途中であれば、他の位置であってもよい。
【００４１】
また、計測装置１０６ａの構成は、転写位置決定用の計測条件情報１３３が合わせずれ検査用の計測条件情報１３４に置き換わる以外、基本的に、計測装置１０３ａの構成と同様である。
【００４２】
次に、計測システム１００の動作について図４を用いて説明する。図４は、計測システム１００の動作を示すフローチャートである。
【００４３】
計測システム１００は、ロットにおける複数の基板から基板（注目基板）を選択する。計測システム１００は、注目基板について、基板上の各ショット領域のレイヤー情報を取得する（Ｓ１）。
【００４４】
例えば、計測システム１００は、段差計測装置１１０から段差計測の結果をレイヤー情報として取得することができる。例えば、段差計測装置１１０は、マクロ検査装置であり、基板のＡＭＩ（Ａｕｔｏ  Ｍａｃｒｏ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）画像を段差計測の結果として生成する。ＡＭＩ画像は、図５に示すように、基板全体が撮像された画像であり、基板上の段差に応じて異なる明るさが変化することで基板上の段差が示されている。図５は、段差計測の結果を示す図である。
【００４５】
あるいは、例えば、段差計測装置１１０は、原子間力顕微鏡であり、基板のＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像を段差計測の結果として生成する。ＡＦＭ画像では、基板の表面形状を３次元的に示すことで基板上の段差が示されている。
【００４６】
計測システム１００は、反り計測装置１０７から反り計測の結果をレイヤー情報として取得することができる。例えば、反り計測装置１０７は、レーザ変位計を有し、レーザ変位計によって基板の表面における複数の箇所の変位を検出することで計測できる。反り量分布の測定結果は、図６に示すように、３次元的な情報である。図６は、基板の反りの計測結果を示す図である。
【００４７】
計測システム１００は、膜厚計測装置１０８から膜厚計測の結果をレイヤー情報として取得することができる。例えば、膜厚計測装置１０８は、エリプソメーター等の光学的な膜厚計測装置であり、エリプソ法などの光学的な方法で計測された膜厚を計測結果として生成する。膜厚の測定結果は、ショット領域ごとに重ね合わせる各レイヤーＬ１，Ｌ２の膜厚を含み得る。膜厚の測定結果は、図７に示すように、ショット領域を識別する情報（ショット領域識別子）とレイヤーを識別する情報（レイヤー識別子）と膜厚の計測値とが対応付けられた情報を含む。図７は、膜厚の計測結果を示す図である。
【００４８】
計測システム１００は、注目基板について、基板の表面段差、基板の反り形状、基板上に成膜された膜の厚さに応じて、レイヤー情報を求める。レイヤー情報は、レイヤーの高さ、レイヤーの膜厚、及びレイヤーの構造の少なくとも１つを含む情報である。
【００４９】
計測システム１００は、Ｓ１で取得されたレイヤー情報に基づいて、複数のショット領域をレイヤーの属性（レイヤーの高さ、レイヤーの膜厚、及びレイヤーの構造の少なくとも１つ）に対応した複数のグループに分ける（Ｓ２）。
【００５０】
計測システム１００は、グループ分け規則１３１を参照し、レイヤー情報からグループ分け規則１３１に従って、基板上の複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分ける。グループ分け規則１３１は、レイヤーの属性（例えば、レイヤーの高さ、レイヤーの膜厚、及びレイヤーの構造）が近いものが同じグループになるように予め決められている。すなわち、複数のグループは、レイヤーの属性を複数の区間に区分けした場合における各区間のラベルとみなすことができる。グループ分け規則１３１は、図８に示すように、構造Ａについて、レイヤーの膜厚とレイヤーの高さとを２軸とする平面において、連続する領域ごとにグループＡ〜グループＥがマッピングされた情報とすることができる。グループ分け規則１３１は、図９に示すように、構造Ｂについて、レイヤーの膜厚とレイヤーの高さとを２軸とする平面において、連続する領域ごとにグループＡ〜グループＥがマッピングされた情報とすることができる。図８、図９は、グループ分け規則１３１を示す図である。
【００５１】
例えば、転写位置決定用の計測条件としては、レイヤーＬ１の情報を考慮すればよいものとする。ショット領域ＳＨ−１のレイヤーＬ１が構造Ａを有しその膜厚がＤ１１でレイヤーの高さがＨ１１である場合、図８に示すグループ分け規則１３１では、座標点（Ｄ１１，Ｈ１１）がグループＡの領域内に存在する。これにより、図８に示すグループ分け規則１３１に従い、ショット領域ＳＨ−１がグループＡに割り当てられる。他のショット領域についても同様にグループの割り当てを行い、例えば、図１０に示すような転写位置決定用のグループ分け登録情報１３２が得られる。図１０は、グループ分け登録情報を示す図である。あるいは、グループ分け登録情報をショットマップとして構成してもよく、例えば、図１１に示すような転写位置決定用のグループ分け登録情報１３２が得られる。図１１は、グループ分け登録情報を示す図である。
【００５２】
例えば、合わせずれ検査用の計測条件としては、レイヤーＬ１，Ｌ２を平均した情報を考慮すればよいものとする。ショット領域ＳＨ−１のレイヤーＬ１，Ｌ２がともに構造Ａを有しその膜厚がそれぞれＤ１１，Ｄ１２でレイヤーの高さがそれぞれＨ１１，Ｈ１２である場合、図８に示すグループ分け規則１３１では、座標点（（Ｄ１１＋Ｄ１２）／２，（Ｈ１１＋Ｈ１２）／２）がグループＡの領域内に存在する。これにより、図８に示すグループ分け規則１３１に従い、ショット領域ＳＨ−１がグループＡに割り当てられる。他のショット領域についても同様にグループの割り当てを行い、例えば、図１０に示すような合わせずれ検査用のグループ分け登録情報１３５が得られる。あるいは、グループ分け登録情報をショットマップとして構成してもよく、例えば、図１１に示すような合わせずれ検査用のグループ分け登録情報１３５が得られる。
【００５３】
計測システム１００は、基板における各グループの計測条件を決定する（Ｓ３）。
【００５４】
例えば、計測システム１００は、転写位置決定用のグループ分け登録情報１３２を取得する。計測条件決定部１４４は、グループ分け登録情報１３２に含まれた複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定する。例えば、計測システム１００は、各グループごとに、予め決定されたデフォルトの計測条件を決定することができる。デフォルトの計測条件は、試作用の基板を用いて、予め実験的に決定された計測条件である。
【００５５】
例えば、すなわち、計測システム１００は、合わせずれ検査用のグループ分け登録情報１３５を取得する。計測条件決定部１４６は、グループ分け登録情報１３５に含まれた複数のグループのそれぞれについて、計測条件を決定する。計測システム１００は、初期状態において、各グループごとに、予め決定されたデフォルトの計測条件を決定することができる。デフォルトの計測条件は、試作用の基板を用いて、予め実験的に決定された計測条件である。
【００５６】
計測システム１００は、Ｓ３で決定された計測条件を計測装置に登録する（Ｓ４）。
【００５７】
例えば、計測システム１００は、Ｓ３で決定された計測条件を転写位置決定用の計測条件情報１３３として生成する。計測条件情報１３３は、例えば、図１２に示すように、グループを識別する情報（グループ識別子）と波長フィルタの設定値とＦｏｃｕｓの設定値とテンプレート画像を識別する情報（テンプレート画像識別子）とが複数のグループについて対応付けられた情報である。計測システム１００は、転写位置決定用の計測条件情報１３３を露光装置１０３における計測装置１０３ａへ供給する（図３参照）。また、計測条件決定部１４４は、転写位置決定用の計測条件情報１３３をロットの識別子及び基板の識別子に関連付けて通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する（図１参照）。
【００５８】
例えば、計測システム１００は、Ｓ３で決定された計測条件を合わせずれ検査用の計測条件情報１３４として生成する。計測条件情報１３４は、例えば、図１２に示すように、グループを識別する情報（グループ識別子）と波長フィルタの設定値とＦｏｃｕｓの設定値とテンプレート画像を識別する情報（テンプレート画像識別子）とが複数のグループについて対応付けられた情報である。計測システム１００は、合わせずれ検査用の計測条件情報１３４を合わせずれ検査装置１０６における計測装置１０６ａへ供給する（図３参照）。また、計測条件決定部１４４は、合わせずれ検査用の計測条件情報１３４をロットの識別子及び基板の識別子に関連付けて通信線及びホストコントローラ１０９経由でデータベース１３０に格納する（図１参照）。
【００５９】
計測システム１００は、計測装置に計測を行わせる（Ｓ５）。
【００６０】
例えば、露光装置１０３における計測装置１０３ａは、転写位置決定用の計測条件情報１３３に従い、基板における下層レイヤーの重ね合わせマークを用いて、パターン形成前の上層レイヤーへのパターン転写位置を決定するための計測を行う。例えば、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、計測装置１０３ａは、基板Ｗ上に重ね合わせマークＭＫ１を含むレイヤーＬ１が形成されレイヤーＬ１上にパターン形成前のレイヤーＬ２が形成された状態において、重ね合わせマークＭＫ１を計測する。図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、計測装置１０３ａの計測対象を示す図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）をＡ−Ａ’線に沿って切った場合の断面を示す図である。すなわち、計測装置１０３ａは、転写位置決定用の計測条件情報１３３に従い、その計測条件を制御し、重ね合わせマークＭＫ１を撮像し、撮像画像とテンプレート画像とについてテンプレートマッチングを行う。
【００６１】
例えば、合わせずれ検査装置１０６における計測装置１０６ａは、合わせずれ検査用の計測条件情報１３４に従い、基板における上下のレイヤーの重ね合わせマークを用いて、上下のレイヤー間の合わせずれ量の計測を行う。例えば、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）に示すように、計測装置１０６ａは、基板Ｗ上に重ね合わせマークＭＫ１を含むレイヤーＬ１が形成されレイヤーＬ１上に重ね合わせマークＭＫ２を含むレイヤーＬ２が形成された状態において、重ね合わせマークＭＫ１，ＭＫ２を計測する。図１３（ｃ）、図１３（ｄ）は、計測装置１０６ａの計測対象を示す図である。図１３（ｄ）は、図１３（ｃ）をＢ−Ｂ’線に沿って切った場合の断面を示す図である。すなわち、計測装置１０６ａは、合わせずれ検査用の計測条件情報１３４に従い、その計測条件を制御し、重ね合わせマークＭＫ１，ＭＫ２を撮像し、撮像画像とテンプレート画像とについてテンプレートマッチングを行う。
【００６２】
計測システム１００は、計測装置で計測不可能のエラーが発生したか否かを判断する（Ｓ６）。
【００６３】
例えば、露光装置１０３における計測装置１０３ａで計測不可能のエラーが発生する場合（Ｓ６でＹｅｓ）、計測条件情報１３３における計測条件の一部又は全部を変更して（Ｓ７）、処理をＳ４へ戻す。
【００６４】
例えば、合わせずれ検査装置１０６における計測装置１０６ａで計測不可能のエラーが発生する場合（Ｓ６でＹｅｓ）、計測条件情報１３４における計測条件の一部又は全部を変更して（Ｓ７）、処理をＳ４へ戻す。
【００６５】
計測システム１００は、計測装置で計測不可能のエラーが発生しない場合（Ｓ６でＮｏ）、処理を終了する。図４に示す計測システム１００の動作（計測方法）では、計測不可能のエラーが発生しなくなるまで、Ｓ６→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６のループ処理が繰り返され得る。
【００６６】
次に、計測システム１００を用いて半導体装置を製造する方法について図１４を用い説明する。図１４は、半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【００６７】
計測システム１００は、基板Ｗ上にレイヤーＬ１を形成する（Ｓ１１）。そして、計測システム１００は、レイヤーＬ１の上にレイヤーＬ２を形成する（Ｓ１６）。
【００６８】
例えば、搬送系１０１は、レイヤーＬ１が形成された基板Ｗを塗布装置１０２へ搬送する。塗布装置１０２は、レイヤーＬ１の上（上方）にレジストを塗付する（Ｓ１２）。レイヤーＬ１の上には、パターン転写前のレイヤーＬ２が形成される。搬送系１０１は、レイヤーＬ１，Ｌ２が形成された基板Ｗを塗布装置１０２から熱処理装置１０４へ搬送する。熱処理装置１０４は、基板Ｗを熱処理（塗布後ベーク）する。搬送系１０１は、基板Ｗを熱処理装置１０４から露光装置１０３へ搬送する。露光装置１０３における計測装置１０３ａは、レイヤーＬ１の重ね合わせマークＭＫ１を用いて、パターン形成前のレイヤーＬ２へのパターン転写位置を決定するための計測を行う（Ｓ１３）。
【００６９】
ここで、Ｓ１３は、転写位置決定用の場合における図４のＳ５に相当する処理であるが、図４のＳ１〜Ｓ４に相当する処理をＳ１３の開始までの期間に行っておくことが望ましい。
【００７０】
露光装置１０３は、計測装置１０３ａの計測結果に応じて、レイヤーＬ２（レジスト膜）におけるパターンを転写すべき位置を決定し、パターン転写のための露光処理を行い、レイヤーＬ２（レジスト膜）に潜像を形成する（Ｓ１４）。搬送系１０１は、基板Ｗを露光装置１０３から熱処理装置１０４へ搬送する。熱処理装置１０４は、基板Ｗを熱処理（露光後ベーク）する。搬送系１０１は、基板Ｗを熱処理装置１０４から現像装置１０５へ搬送する。現像装置１０５は、現像処理を行い、レイヤーＬ２（レジスト膜）における潜像を現像する（Ｓ１５）。
【００７１】
搬送系１０１は、基板Ｗを現像装置１０５から合わせずれ検査装置１０６へ搬送する。合わせずれ検査装置１０６における計測装置１０６ａは、レイヤーＬ１の重ね合わせマークＭＫ１とレイヤーＬ２の重ね合わせマークＭＫ２とを用いて、レイヤーＬ１及びレイヤーＬ２の間の合わせずれ量を計測する（Ｓ１７）。
【００７２】
ここで、Ｓ１７は、合わせずれ検査用の場合における図４のＳ５に相当する処理であるが、図４のＳ１〜Ｓ４に相当する処理をＳ１７の開始までの期間に行っておくことが望ましい。
【００７３】
計測システム１００は、Ｓ１７の計測結果（合わせずれ検査の結果）が許容範囲内に収まっているか否かを判断する（Ｓ１８）。計測システム１００は、Ｓ１７の計測結果が許容範囲内でない場合（Ｓ１８でＮｏ）、洗浄装置（図示せず）を用いてレイヤーＬ２（レジスト膜）を基板Ｗから剥離し（Ｓ１９）、処理をＳ１２に戻す。
【００７４】
計測システム１００は、Ｓ１７の計測結果が許容範囲内に収まっている場合（Ｓ１８でＹｅｓ）、レイヤーＬ２（レジスト膜）をマスクとして下方のレイヤー（例えば、図示しないレイヤーＬ１及びレイヤーＬ２の間のレイヤー）をエッチング加工する（Ｓ２０）。
【００７５】
計測システム１００は、他に形成すべきレイヤーがあるか否かを判断する（Ｓ２１）。計測システム１００は、他に形成すべきレイヤーがある場合（Ｓ２１でＹｅｓ）、処理をＳ１１へ戻す。計測システム１００は、他に形成すべきレイヤーがない場合（Ｓ２１でＮｏ）、処理を終了する。
【００７６】
以上のように、実施形態では、重ね合わせマークの計測について、基板の反り・変形・段差等の情報に基づき基板における複数のショット領域をレイヤーの属性に対応した複数のグループに分け、各グループごとに属性に応じた計測条件を決定する。これにより、計測不可能のエラーが発生することを防止できる。この結果、基板の処理が停止してしまうことを避けることができ、半導体装置の製造における基板の処理のスループットの低下を抑制できる。
【００７７】
なお、本実施形態の考え方は、重ね合わせマークの計測だけでなく他のマーク（アライメント検出用のマーク、フォーカス検出用のマークなど）の計測にも適用可能である。
【００７８】
あるいは、本実施形態の技術を計測不可能のエラーが発生する場合だけでなく、計測誤差が発生する場合にも適用することで、計測誤差を低減させることができ、基板の歩留まりの向上が期待できる。例えば、図４に示す計測方法のＳ６において、計測システム１００は、計測装置で計測不可能のエラーが発生したか否かを判断する代わりに、計測結果が所定の許容範囲内に収まっているか否かを判断してもよい。これにより、図４に示す計測システム１００の動作（計測方法）では、計測結果が所定の許容範囲内に収まるまで、Ｓ６→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６のループ処理が繰り返され得る。
【００７９】
あるいは、図１５に示すように、計測システム１００ａにおいて、計測プログラム１４０ａ，１４０ｂは、一部の機能が計測装置にインストールされ、残りの機能がホストコントローラ１０９にインストールされる構成であってもよい。図１５は、実施形態の変形例にかかる計測プログラム１４０ａ，１４０ｂの構成を示す図である。例えば、計測装置１０３ａ，１０６ａ側の計測プログラム１４０ａがロット履歴情報管理部１４１を有し、ホストコントローラ１０９側の計測プログラム１４０ｂがロット情報解析部１４２、処理部１４３、計測条件決定部１４４、処理部１４５、及び計測条件決定部１４６を有する構成であってもよい。このとき、計測プログラム１４０ａと計測プログラム１４０ｂとは、通信線を介してデータの授受を行いながら協働して動作し、実施形態における計測プログラム１４０と同様の動作を実現可能である。
【００８０】
あるいは、計測プログラム１４０は、図１６に示すようなコンピュータ４０にインストールされ、コンピュータ４０がホストコントローラ１０９と通信可能に接続されてもよい。図１６において、ＣＰＵなどを含むプロセッサ４７、固定的なデータを記憶するＲＯＭ４８、プロセッサ４７に対してワークエリアなどを提供するＲＡＭ４３、人間とコンピュータとの間の仲介を行うヒューマンインターフェース４４、外部との通信手段を提供する通信インターフェース４５、プロセッサ４７を動作させるためのプログラムや各種データを記憶する外部記憶装置４６を設けることができ、プロセッサ４７、ＲＯＭ４８、ＲＡＭ４３、ヒューマンインターフェース４４、通信インターフェース４５および外部記憶装置４６は、バス４９を介して接続されている。
【００８１】
外部記憶装置４６としては、例えば、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカードなどの可搬性半導体記憶装置などを用いることができる。また、ヒューマンインターフェース４４としては、例えば、入力インターフェースとしてキーボードやマウスやタッチパネル、出力インターフェースとしてディスプレイやプリンタなどを用いることができる。また、通信インターフェース４５としては、例えば、インターネットやＬＡＮなどに接続するためのＬＡＮカードやモデムやルータなどを用いることができる。ここで、外部記憶装置４６には、計測プログラム１４０がインストールされている。そして、計測プログラム１４０がプロセッサ４７にて実行されると、図２に示されるような各機能構成（ロット履歴情報管理部１４１、ロット情報解析部１４２、処理部１４３、計測条件決定部１４４、処理部１４５、及び計測条件決定部１４６）が計測プログラム１４０の起動時に一括して又は計測プログラム１４０による処理の進行に伴って順次にＲＡＭ４３上に展開され実行される。
【００８２】
なお、プロセッサ４７に実行させる計測プログラム１４０は、外部記憶装置４６に格納しておき、計測プログラム１４０の実行時にＲＡＭ４３に読み込むようにしてもよいし、計測プログラム１４０をＲＯＭ４８に予め格納しておくようにしてもよいし、通信インターフェース４５を介して計測プログラム１４０を取得するようにしてもよい。また、計測プログラム１４０は、スタンドアロンコンピュータに実行させてもよいし、クラウドコンピュータに実行させてもよい。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１００  計測システム、１４０，１４０ａ，１４０ｂ  計測プログラム。
【図１】
2018155842.tif 000003
【図２】
2018155842.tif 000004
【図３】
2018155842.tif 000005
【図４】
2018155842.tif 000006
【図５】
2018155842.tif 000007
【図６】
2018155842.tif 000008
【図７】
2018155842.tif 000009
【図８】
2018155842.tif 000010
【図９】
2018155842.tif 000011
【図１０】
2018155842.tif 000012
【図１１】
2018155842.tif 000013
【図１２】
2018155842.tif 000014
【図１３】
2018155842.tif 000015
【図１４】
2018155842.tif 000016
【図１５】
2018155842.tif 000017
【図１６】
2018155842.tif 000018