(57)【要約】【課題】  ＷＩＳによる影響と検出信号の低コントラストの影響とを考慮して高精度なアライメントを行うことができる階調分解能決定方法及びその方法を利用したアライメント方法を提供すること。【解決手段】  アライメントマーク３０からの光を検出してその検出信号を生成するステップと、生成された検出信号に基づいて検出の際の階調分解能が所定条件を満足するか否かを判断するステップと、その判断結果に基づいて階調分解能を変更することを特徴とする。【選択図】  図１
2005175190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物からの検出光を検出してその検出信号を生成するステップと、
生成された前記検出信号に基づいて前記検出の際の階調分解能が適正か否かを判断するステップと、
該判断結果に基づいて前記階調分解能を変更するステップとを特徴とする階調分解能決定方法。
【請求項２】
前記検出対象物が基板上に形成された位置検出用のアライメントマークであることを特徴とする請求項１に記載の階調分解能決定方法。
【請求項３】
前記検出対象物からの光を複数の画素を有する撮像素子により撮像し、その撮像信号からＡＤ変換器により所定の階調分解能を有する検出信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の階調分解能決定方法。
【請求項４】
前記判断ステップは、
前記検出信号から複数の階調分解能を有する信号群を生成するステップと、
該信号群から選択した１の検出信号に対して画素ずらし処理を行うステップと、
該画素ずらし処理によるずらし量と該画素ずらし処理前後における検出信号のずれ量との誤差に基づいて前記選択した１の検出信号の階調分解能が適正か否かを判断するステップとを有し、
前記変更ステップは、
前記選択した１の検出信号の階調分解能が適正でないと判断した場合に、前記選択した１の検出信号とは異なる階調分解能を有する検出信号を選択するステップを有することを特徴とする請求項３に記載の階調分解能決定方法。
【請求項５】
前記画素ずらし処理が、
前記画素を前記検出対象物の検出方向に沿って複数に分割するステップと、
その分割単位ごとに擬似的に前記検出信号をずらすステップとを有することを特徴とする請求項４に記載の階調分解能決定方法。
【請求項６】
前記判断ステップは、生成された前記検出信号の一部分に基づいて前記検出の際の階調分解能が適正か否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の階調分解能決定方法。
【請求項７】
前記検出信号生成ステップが、前記検出光の強度を可変制御するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の階調分解能決定方法。
【請求項８】
前記検出信号生成ステップが、ＡＧＡ計測処理における測定点の点数を増加させるステップを有することを特徴とする請求項１に記載の階調分解能決定方法。
【請求項９】
前記検出信号生成ステップが、前記検出対象物をその検出方向に沿って移動させるステップを有することを特徴とする請求項１に記載の階調分解能決定方法。
【請求項１０】
基板に形成されたアライメントマークに照射された検出光の反射光を撮像素子により撮像するステップと、
該撮像信号を所定の階調分解能においてＡＤ変換し、第１の検出信号を生成するステップと、
前記第１の検出信号に対して画素ずらし処理を行って第２の検出信号を生成するステップと、
前記第１及び前記第２の検出信号のずれ量と前記ずらし量との誤差を演算するステップと、
前記演算結果に基づいて前記所定の階調分解能が適正か否かを判断するステップと、
前記所定の階調分解能が適正でないと判断した場合に、前記所定の階調分解能を１／２に低減するステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１１】
露光原版に向けて照明光を導く照明光学系と、
該照明光によって照明された前記露光原版上のパターンを基板に投影する投影光学系と、
請求項１０に記載のアライメント方法によって前記基板のアライメントを行うアライメント機構とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の露光装置によって基板にパターンを投影露光する工程と、投影露光された前記基板に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント方法、階調分解能決定方法、露光装置、及びその露光装置を用いたデバイスの製造方法に係り、特にフォトリソグラフィにおいて半導体ウエハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被露光体を露光する露光装置や露光に際して行うアライメントにおける信号処理に関する。本発明は、アライメントマークの計測誤差や低コントラストに起因する誤差が発生しうる状況における高精度アライメントに好適である。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造用の投影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（露光原版）面上の回路パターンをウエハ（半導体製造用基板）面上に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、高分解能化の方法としては、投影光学系のＮＡを大きくする方法や露光光をより短波長化する方法が採用されている。
【０００３】
後者については、近年、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や１９３ｎｍの露光装置が既に実用化されている。現在では発振波長を更に短波長化した、波長１５７ｎｍの真空紫外線領域（ＶＵＶ：ｖａｃｕｕｍ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）の露光方式、１３ｎｍの極端紫外線領域（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）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。
【０００４】
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、Ｗ−ＣＭＰ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）プロセス等の技術、最近のＬＳＩの微細化の進展に伴うＣｕのデュアルダマシン配線技術、層間絶縁層に低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）材料を用いた技術等も注目されている。
【０００５】
半導体デバイスの構造や材料も多種多様であり、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物を組み合わせて構成したＰ−ＨＥＭＴ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ  Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭ−ＨＥＭＴ（Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｅ−ＨＥＭＴ）や、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ等を使用したＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が提案されている。
【０００６】
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マスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）とそれが投影されるウエハとを高精度にアライメントすることも要求されており、その必要精度は回路線幅の１／３であり、例えば、現状の１８０ｎｍデザインにおける必要精度はその１／３の６０ｎｍである。
【０００７】
［アライメント方法の技術的説明］
露光装置におけるアライメント方法の技術的な説明を、主に信号処理（画像処理）の観点から行う。露光装置におけるアライメント方法としては、例えば、ウエハ上に構成されるアライメントマークの光学像をＣＣＤカメラ等の撮像素子上に結像し、その電気信号を種々のパラメータを用いて画像処理し、ウエハ上のマークの位置検出を行うものがある（例えば特許文献１を参照。）。
【０００８】
画像処理においては実寸法を画素（ピクセル）に分解する撮像素子の画素数と画素毎の輝度を数値化して表現する階調（グレースケール）レベルが重要な物理量になる。画素数は計測精度の分解能を決める物理量で撮像素子の画素数、画素ピッチ寸法、光学系の倍率から、１画素がどのくらいの実寸法に相当するかが決定される。例としては、１画素あたり５０ｎｍの換算という値がシステムで設定されている。
【０００９】
また輝度に関しても、以下のような理由により重要な物理量になる。画像処理は輝度情報をデジタル化（数値化）してデジタル演算処理することにより行われる。デジタル画像においては画素毎に輝度の信号レベルを有している。輝度の信号レベルは階調（グレースケール）と呼ばれる単位で輝度を多値情報として表現できる。通常ビット表現で表しており、８ビット，１０ビット，１６ビット，３２ビットなどの表現となる。８ビットは２８となり階調は２５６階調となる。画素の値は０〜２５５の値となり、０を黒、２５５を白とすると２５６段階の濃淡に対応する。同様に１０ビットは２１０になるので１０２４階調の数値レベルで輝度を表現できる。階調レベルが上がるほど高精度な輝度変化を表現できるが、数値データが増加するのでデータ量が多くなり、信号処理時間や必要メモリ量が増大するという欠点がある。必要メモリ量は、８ビットでは２５６Ｂ（バイト），１６ビットでは６４ＫＢ，３２ビットでは４ＧＢにもなる。通常はシステムで必要とされる精度を想定して階調は決められている。その結果、一定の階調で画像処理が行われる。
【００１０】
上記に説明したように、階調数は画素の変化を数値化して画像の輝度を数値表現する際に精度を定量化する上で重要である。また、画像処理速度を決定する上でも重要となるので、最適化する必要がある。以下、本発明において、１画素を仮想的に分割して高分解能化し、画素分解能を１画素以下とすることを「画素の高分解能化」といい、階調のビット数を増やして階調数を向上させることを「高階調化」ということとする。
【特許文献１】特開平６―１５１２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に、レチクルとウエハとのアライメントを行う際に、ウエハのアライメント精度を劣化させる大きな要因として、レジストのアライメントマーク近傍での膜厚の不均一性と、アライメントマークの形状の非対称性とが挙げられる。これらウエハに起因するアライメント誤差要因のことをＷＩＳ（Ｗａｆｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ）と呼ぶ。またＣＭＰなどの平坦化処理を行うと、アライメントマークの段差が少なくなり、明視野画像処理において検出したアライメントマークの画像信号のコントラストが低下する。コントラストとは信号の最大値、最小値の信号レベル差のことである。コントラストが低下するとともに輝度が低下するので、位置座標変化に対する輝度の階調変化も少なくなる。その結果微小なマーク位置の移動量に対して、画素間の階調変化が少なく高精度な位置検出が行えないという問題が生じる。ＷＩＳに起因するアライメントマークの非対称性による影響と画像信号のコントラスト低下とが重なると、信号処理アルゴリズムによっては微小な位置ずれ量の輝度の階調分解能が低下する。
【００１２】
例えば、折り返し対称処理法などでは、信号の非対称性は位置ずれに影響する。信号コントラストが低下したり輝度の階調レベルが少ない場合には、マーク位置を示す画素の階調レベル差が低下するので、高分解能精度での微小な階調の数値変化量が減少することでの検出精度が低下する。
【００１３】
また、別の信号処理の例としてのエッジ検出を用いた信号処理処理においては、一次微分した最大勾配を示す位置画素間の階調変化が低下することで、画素精度の桁落ちが生じる。図７はその様子を示したものである。図７において、横軸は画素、縦軸は階調を示している。図７中の表は階調ビットに対する階調数を表している。図に示す波形は、エッジ検出処理を行うためにアライメント波形の一次微分を行った波形の一部である。ピーク周辺の階調の変化は表に示したビット幅に比例する。
【００１４】
ビット幅は８ビットより１０ビットが４倍、１２ビットが更に４倍変化を表す数値レベルが増える。信号の振幅レベルが減少すると階調ビットが低くなると検出される数値が減少することが容易にわかる階調ビットが大きいほど高倍率で数値化できるメリットはあるが、信号には半導体プロセスの要因で表面の凹凸などの段差で光学的なノイズが信号に重畳される場合がある。このような場合は階調ビットが高くなるほど、ノイズのデータもサンプリングしてしまい、却って位置決めの数値演算を行う際に誤差を大きくする場合もある。図８は信号に光学的なノイズが多く乗った場合である。図８（ａ）はノイズが乗った信号の一部を表している。図８（ｂ）は図８（ａ）の丸内であらわされた部分を拡大したものである。図８（ｃ）はデジタルフィルターなどの平滑化手段で図８（ａ）の波形のノイズを抑えた例である。簡単なデジタルフィルター手段は画素を移動平均なので、数画素のデータを平均化してデータ値を置き換えることで、ノイズの変動を抑えることができる。欠点として、元波形に対してデータの位相ずれが生じるので、波形を歪ませて、元波形に対して位置座標がずれることがある。図８（ｄ）は図８（ｃ）の丸内の部分を拡大したものである。位置決めする位置が波形のピークを検出するアルゴリズムの場合は図８（ｂ）のような信号の場合は階調が大きいほど波形の変動を数値データに反映してしまい、ピーク位置を誤検出しやすくなる。ノイズ除去の対応として図８（ｄ）のようにデジタルフィルターでノイズを取ると、フィルター次数の比例して位相ずれが生じるのでピーク検出位置がずれる生じるフィルター次数を大きくすると平滑化効果が大きくなるが位相ずれも比例して大きくなるので、フィルター次数も位置検出の精度によって限定される。対応としてはフィルター次数を最適化して更に最適な階調を選択することで、位置決めする波形ピーク位置の精度を最適化した状態にすることができる。このように階調の条件を実際の半導体プロセスに応じてこまやかに設定することは従来は困難であった。
【００１５】
ＷＩＳや低コントラストの影響を受ける設計値の要因として、階調レベルが影響することが判明している。それによる検出精度の劣化防止として、アライメント画像信号の輝度のレベルを示す階調を何ビットで設計し、また、何ビットで信号処理するかを決定することが重要である。デザインルール（製造するデバイスの線幅）に応じてどのようにシステム設計するかが露光装置の製造メーカにとって大きな課題であるが、装置メーカ（すなわち露光装置のユーザ）にとっては半導体の実プロセス工程のすべてを予め把握することは困難である。したがって、露光装置がユーザに設置された後にも、露光装置の実プロセス工程の変化を自動的に把握し、補正する手段が望まれていた。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、ＷＩＳによる影響と検出信号の低コントラストの影響とを考慮して高精度なアライメントを行うことができる階調分解能決定方法及びその方法を利用したアライメント方法を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明の例示的側面としての階調分解能決定方法は、検出対象物からの検出光を検出してその検出信号を生成するステップと、生成された検出信号に基づいて検出の際の階調分解能が適正か否かを判断するステップと、判断結果に基づいて階調分解能を変更するステップとを特徴とする。
【００１８】
検出対象物が基板上に形成された位置検出用のアライメントマークであってもよい。検出対象物からの光を複数の画素を有する撮像素子により撮像し、その撮像信号からＡＤ変換器により所定の階調分解能を有する検出信号を生成するように構成されていてもよい。また、判断ステップは、検出信号から複数の階調分解能を有する信号群を生成するステップと、信号群から選択した１の検出信号に対して画素ずらし処理を行うステップと、画素ずらし処理によるずらし量と画素ずらし処理前後における検出信号のずれ量との誤差に基づいて選択した１の検出信号の階調分解能が適正か否かを判断するステップとを有し、変更ステップは、選択した１の検出信号の階調分解能が適正でないと判断した場合に、選択した１の検出信号とは異なる階調分解能を有する検出信号を選択するステップを有していてもよい。
【００１９】
その画素ずらし処理が、画素を検出対象物の検出方向に沿って複数に分割するステップと、その分割単位ごとに擬似的に検出信号をずらすステップとを有していてもよい。また、判断ステップは、生成された検出信号の一部分に基づいて検出の際の階調分解能が適正か否かを判断するようになっていてももちろんよい。
検出信号生成ステップが、検出光の強度を可変制御するステップを有するように構成されていても、ＡＧＡ計測処理における測定点の点数を増加させるステップを有するように構成されていても、検出対象物をその検出方向に沿って移動させるステップを有するように構成されていてもよい。
【００２０】
本発明の他の例示的側面としてのアライメント方法は、基板に形成されたアライメントマークに照射された検出光の反射光を撮像素子により撮像するステップと、撮像信号を所定の階調分解能においてＡＤ変換し、第１の検出信号を生成するステップと、第１の検出信号に対して画素ずらし処理を行って第２の検出信号を生成するステップと、第１及び第２の検出信号のずれ量とずらし量との誤差を演算するステップと、演算結果に基づいて所定の階調分解能が適正か否かを判断するステップと、所定の階調分解能が適正でないと判断した場合に、所定の階調分解能を１／２に低減するステップとを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の他の例示的側面としての露光装置は、露光原版に向けて照明光を導く照明光学系と、照明光によって照明された露光原版上のパターンを基板に投影する投影光学系と、上記のアライメント方法によって基板のアライメントを行うアライメント機構とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の他の例示的側面としてのデバイスの製造方法は、上記の露光装置によって基板にパターンを投影露光する工程と、投影露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、アライメントシミュレーション波形または実際の実工程アライメント波形においてもアライメント波形取得手段を通じて画素の分解能、階調分解能を最適化できる。自動的に画像の階調分解能を最適化することで、ＷＩＳ及び低コントラスト波形アライメント精度を高精度にできるとともにスループットの低下を最大限に抑えた状態で装置性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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、以下の説明において、「装置設定ＪＯＢパラメータ」は、ウエハの露光のために実際の露光装置に設定されているパラメータ値群を意味し、「装置非設定ＪＯＢパラメータ」は、当該ウエハの露光のために実際の露光装置には設定されていないが、機能的には設定可能なパラメータ値群のことを意味する。「アライメントパラメータ」とは、レチクルと被処理体とのアライメントと何らかの関連性を有するパラメータである。また、「アライメントパラメータ」は、数値で設定可能なパラメータの数値はもちろん、信号処理方式の選択といった、直接数値にはあてはまらない設定パラメータの選択肢データなどの条件も含む。
【００２５】
［露光装置の構成］
図３は、本実施形態を実現するための露光システムＳの構成図である。露光システムＳにおいて、１及び２は半導体露光装置であり、レチクル上の回路パターンをウエハに露光する。３は半導体露光装置１の装置パラメータを最適化するホストコンピュータであり、パーソナルコンピュータ又はワークステーションで構成される。４は、ハードディスクなどの記憶装置であり、露光装置１及び２による装置パラメータ（例えば、アライメントマークを照明する照明モード、グローバルアライメントのサンプルショット配置、アライメントマークの要素のマーク線幅、アライメントマークの検出信号の処理結果等）をデータベース化して格納する。
【００２６】
記憶装置４は、露光装置１又は２、若しくは、ホストコンピュータ３に内蔵されてもよい。本実施形態においては、露光装置１及び２と記憶装置４にアクセスして本実施形態のアライメントパラメータの最適化を実現するホストコンピュータ３とは、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワーク５で接続されている。なお、図３では、半導体露光装置は２台であるが、勿論１台であっても、２台より多くの半導体露光装置がネットワーク５に接続されていてもよい。
【００２７】
図４は、半導体露光装置１の全体的な構成を示すブロック図である。半導体露光装置１は、レチクル１０のパターンをウエハ２０に露光するものである。図４において、６０２はレーザ光源ユニットである。ここで発光した露光光としてのレーザ光は、照明光学系６１５により整形されてレチクル１０のパターンを照明する。
【００２８】
レチクル１０は、図４におけるＸＹ平面内をレチクル走査方向に移動可能なステージ６１４上に保持されている。６１３は所定の縮小倍率を有する投影光学系である。照明光学系６１５を介して照明されたレチクル１０のパターンは、投影光学系６１３によりウエハ２０の１つのショット領域に投影され、ウエハ２０はそのパターンによって露光される。ウエハ２０には、レジスト（感光体）が塗布されており、露光により潜像が形成される。このウエハ２０はウエハチャック６１２を介してウエハステージ６１１に載置されている。６１７はアライメントユニット（アライメントスコープ）であり、ウエハ２０に形成された図６に示すようなアライメントマーク３０を検出することができる。
【００２９】
ウエハステージ６１１は、載置したウエハ２０をステージの面内（Ｘ軸及びＹ軸方向）、上下（Ｚ軸方向）及び各軸まわりの傾き、回転の方向に移動し、位置決めの制御が可能である。ウエハステージ６１１のＺ軸方向における位置決め制御により、ウエハ２０上に投影光学系６１３の焦点が合わせられる。
【００３０】
なお、レチクルステージ６１４、ウエハステージ６１１の移動及び位置決めの制御は、ステージの位置、姿勢の情報を図示しないセンサにより測定し、かかる位置情報に基づいて行われる。
【００３１】
また、レチクルステージ６１４とウエハステージ６１１とは、それぞれ制御部６４０と接続されており、リアルタイムにデータを授受することで同期制御が可能である。また、レーザ光源ユニット６０２も同様に制御部６４０に接続されており、発光のタイミングとレチクルステージ６１４及びウエハステージ６１１の移動と同期した制御が可能である。
【００３２】
［アライメントマーク位置計測原理］
以下、図５を参照して、ウエハ２０に形成されたアライメントマーク３０の位置計測の原理について説明する。ここで、図５は、アライメントユニット６１７の主要構成要素を示すブロック図である。光源９１８からの照明光は、ビームスプリッタ９１９で反射し、レンズ９２０を通り、ウエハ２０上のアライメントマーク３０を照明する。アライメントマーク３０からの回折光はレンズ９２０、ビームスプリッタ９１９、レンズ９２１を通り、ビームスプリッタ９２２で分割され、それぞれＣＣＤセンサ９２３，９２４で受光される。
【００３３】
アライメントマーク３０は、レンズ９２０、９２１により１００倍程度の結像倍率で拡大され、ＣＣＤセンサ９２３、９２４に結像される。ＣＣＤセンサ９２３、９２４はそれぞれ、アライメントマーク３０のＸ方向の位置計測用、アライメントマーク３０のＹ方向の位置計測用になっており、一方のセンサを他方のセンサに対して、光軸まわりに９０度回転させて設置されている。
【００３４】
Ｘ方向とＹ方向の計測原理は同じであるので、以下、Ｘ方向の位置計測について説明する。まず、位置計測用のアライメントマーク３０について説明する。図６（ａ）に示すように、本実施形態のアライメントマーク３０は、アライメント計測方向（Ｘ方向）に４μｍ、それに直交する非計測方向（Ｙ方向）に３０μｍの短冊型の位置検出用マーク（アライメントマークの「要素」と呼ぶ場合もある。）３２が、Ｘ方向に予め設定された間隔（Ｌ＝２０μｍ）で複数本（図６（ａ）においては４つ）並んでいる。図６（ｂ）に示すように要素３２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、また、要素３２上には図示しないレジストが塗布されている。
【００３５】
この複数の位置検出用マーク３２に照明光を照射して得られる反射光をＣＣＤセンサ９２２及び９２３によって受光し、光電変換したアライメント信号波形ＤＳを図６（ｃ）に示す。図６（ｃ）に示す４本のマーク信号（図６（ｃ）の左から順にＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）に適切な信号処理を施し、それぞれのマーク要素の位置を検出する。
【００３６】
次に、レチクル１０とウエハ２０との位置合わせを制御するためのアライメント動作の手順を示す。まずレチクル１０の回路パターンをウエハ上に投影し露光するＪＯＢ（装置設定ＪＯＢ）の準備として、半導体露光装置１内に露光を行うウエハ２０を搬入し、それに対応するレチクル１０をその露光装置１内に設定する。
【００３７】
次にこの装置設定ＪＯＢに対してウエハとレチクルとを位置合わせするために必要なアライメントパラメータを特定の値に設定し（半導体露光装置１中の不図示の記憶部（メモリ）に記憶させてもよい。）、この装置設定ＪＯＢパラメータの値によりアライメントユニット６１７及びウエハ２０を保持するウエハステージ６１１を駆動して位置等に関する情報を計測する。ウエハステージ６１１の位置計測センサとして、不図示のレーザ干渉計が備えられ、アライメントユニット６１７からのアライメントマークの位置情報とレーザ干渉計の出力に基づき、ウエハステージ６１１上のウエハ２０の位置（シフト量）、ウエハの回転量、ウエハ倍率等の計測が行われる。この計測はよく知られているＡＧＡの手法で行われる。
【００３８】
ＡＧＡ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｇｌｏｂａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）とは、レーザ干渉計付きのＸＹステージ精度頼りでウエハの位置計測を行うグローバルアライメントのことで、ウエハのウエハ倍率、ウエハ回転、シフト量を求めるとともに、異常値の除去等の統計処理を行うものである。これらの計測結果と、その計測結果を導出するプロセスにおいて測定される信号群（以下、「アライメント信号」という。）とは、図３における通信ユニット（ＡＤＵＬ：Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  Ｄａｔａ  Ｕｐ  Ｌｏａｄ）６５０を介してホストコンピュータ４に転送される。ホストコンピュータ３はＡＧＡ計測により得られたウエハ倍率、ウエハの回転量、シフト量等のアライメント結果やアライメント信号を記憶装置４内のデータベースに格納する。
【００３９】
半導体露光装置１の本体は、ＡＧＡ計測とアライメント信号の検出を管理し、そのデータをホストコンピュータ３に通信するための通信ユニット（ＡＤＵＬ）６５０を備えるものとする。この通信ユニット６５０を利用することにより、ホストコンピュータ３との間でデータの授受が可能となり、ホストコンピュータ３側で管理された装置パラメータ値を受信して制御部６４０が装置を制御することが可能である。
【００４０】
［位置検出アルゴリズム］
次に本発明におけるアライメント信号の処理方式例について説明する。以下位置検出アルゴリズムに関して述べる。
【００４１】
従来の信号処理として代表的な位置検出アルゴリズムにパターンマッチング法がある。このパターンマッチング法は、予め基準となるマークからの信号波形をモデル画像として登録しておいて、モデル画像のパターンと検出されたアライメント信号画像との相関度を比較して検出する方法で、明視野画像処理方式において多く用いられている。また、モデル画像を用いることなく、マークからの信号波形をある位置において対称に折り返した左右マーク波形の一致度を、その折り返し位置を移動させつつ算出し、一致度が最大となる折り返し位置をマーク中心位置とする折り返し対称処理法もある。その一致度は左右マーク波形の差分値から算出することができる。以下に、さらに別の信号処理手段について説明する。
【００４２】
画像信号の輝度の階調が急激に変化する点（一般にはアライメントマークのエッジに相当する位置である。）を複数検出して、それらエッジ間の距離を画像計測してエッジ間の中心を求めることによりマーク中心を検出する方法が知られている。この方式によれば、エッジを検出する際に１次微分、２次微分を行って、輝度勾配の一番急激な変化点を輝度信号のエッジとして検出する。この方式をエッジ微分法と呼ぶこととする。この方式によれば、信号波形に高周波ノイズが混入している場合にその微分信号波形にノイズ成分が顕著に表れてしまう。しかしながら、検出の前処理としてフィルタ等によりランダムノイズを除去しておけば、信号ベースラインのノイズ変動、左右の信号レベル差の非対称性に影響を受けないため、マーク段差に対応したエッジ成分の位置を正確に検出できるというメリットがある。
【００４３】
［階調分解能決定の原理］
次に本発明に係るアライメント検出の検出素子の画素分解能と階調分解能の適正化の手法について説明する。まず、露光装置１のアライメントシステムが有する輝度の階調分解能で画像信号処理した際に、検出精度を満足するか否かを検証する方法について説明する。検証に用いる画像信号波形としては２種類の画像信号波形が考えられる。１つは実際の実プロセス画像を取得した画像信号波形であり、もう１つは光学シミュレーションによって計算処理から求められたシミュレーション波形である。本発明における階調分解能決定方法を使用したアライメント方法、その方法を用いたアライメントシステムは、実プロセスのアライメント信号波形又はシミュレーションにより取得したアライメント波形（シミュレーション波形）から、検出素子の各画素の階調を高分解能化する手段を有している。
【００４４】
図１３は画素の階調を高分解能化する手順を示したものである。まず、階調の分解能レベルが計算精度が許容する最高レベルとなるように、現状の階調から倍率を上げて高階調に変換しておく。２ｎ（Ｎは整数）単位で倍率を乗じて複数の高階調の波形群を作成しておく。
次に、図１４に示す手順に基づいて、計測の位置精度を確認するための擬似波形を作成する。まず検出素子の画素を１画素以下の高分解能レベルに分割する。高分解能化は、計測方向（Ｘ方向）において画素間を内挿処理で補完することにより行う。その補完の際に、計算精度を向上させるために浮動小数点の１６桁精度（ダブル）で計算を行うことにより、画素階調を少数点以下の桁精度で表現可能とする。内挿処理した波形を元の画素単位に平均化処理をして戻すことにより第１の高分解能波形を作成し、同時に画素の輝度の階調レベル（階調分解能）も高分解能化によって生じた浮動小数点が整数値になるように少数点以下を丸めて第２の高分解能、高階調の信号波形を作成する。この高分解能化、高階調化処理によって、各画素の分解能や階調の数値の有効桁数を増加することができ、微小な変化を大きな数値変化として高精度に表現することができる。  
【００４５】
次にどの程度の階調分解能が必要かを選択するための処理に関して説明する。
【００４６】
上述の第２の高分解能、高階調の信号波形を基準波形１と称することとする。基準波形１を計測方向において分割する。分割数は、１画素間において必要画素検出精度を満たすように適宜選択される。分割したステップごとに、擬似的に位置ずれをした波形を生成する。分割数は半導体プロセスのデザインルールから算出した検出精度に基づいて決定される。例えば、画素の実寸法の換算値が１画素あたり５０ｎｍとすると、デザインルールによって５０ｎｍのもののアライメント精度が１６ｎｍとなる。読み取りの再現性を１／２０と規定すると０．８ｎｍの分解能精度が必要となるので、分割数としては５０／０．８＝約６２．５、すなわち２のべき乗の近似値として分割数６４が選択される。
【００４７】
１画素の分割数をＮとした場合に、１／Ｎ,２／Ｎ，３／Ｎ，・・，Ｎ／Ｎまで離散的に１画素間を擬似的にずらした波形を作成する。この処理を画素ずらし処理という。これらの画素ずらし処理を行った信号波形を信号処理し、アライメントマーク位置検出を行う。数値設定による設定上のずらし量と位置検出結果に基づき検出されたずれ量との誤差（以下、この誤差を「検出誤差」という。）を算出する。その誤差が要求する精度（以下、この精度を「必要精度」という。）を満足する場合、整数化した倍率値を下げることにより階調分解能を低減させて、新たに第３の高分解能、高階調の信号波形を作成する。階調分解能を低減させる処理においては、画素分解能は一定に保持しつつ階調分解能を低減する。
上記第３の高分解能、高階調の信号波形に基づいて同様に位置検出を行い、検出誤差が必要精度を満足するか否かを自動的に判断させる。この手順を、検出誤差が必要精度を満足しなくなるまで繰り返し行う。検出誤差が必要精度を満足しなくなる直前の階調分解能が、必要精度を満足しつつ必要メモリ量を最小に低減した階調分解能となる。本発明によれば、露光装置の稼働中にこの画像処理を行う画素の階調分解能の決定を行い、半導体プロセスに応じた階調分解能の最適化を行うことができる。
【００４８】
［実施の形態１］
次に、図１を用いて本発明の実施の形態１に係る階調分解能決定方法について説明する。まず、ステップＳ１００において通信ユニット（ＡＤＵＬ）６５０からのアライメント信号波形を取得する。続いてステップＳ１１０において階調変換を行う。高階調の規定レベルを予め決めておき、その範囲での最高値になる階調になる倍率を掛けるという方法により高階調に変換する。次にステップＳ１２０で第１の高分解能波形及び第２の画素分解能波形を作成する。ステップＳ１２０の生成処理を詳細に説明したフロー図が図２である。ステップＳ２００においては、まず要求される検出分解能をσ［ｎｍ］、ＣＣＤの画素ピッチをＬ［ｎｍ］とした場合に、下記［数１］で与えられる分割数Ｎを設定する。
【００４９】
【数１】
2005175190.tif 000003
【００５０】
次に、取得したアライメント波形の１画素内をＮ分割し、第１の高分解能波形を生成する（ステップＳ２１０）。なお、高分解能波形生成時の分割方法は線形補間でもスプライン補間でもよい。次に、高分解能波形をｋ画素ずらして、第２の画素分解能波形Ｆｋを生成する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０〜Ｓ２４０においては、ｋ＝Ｎになるまでｋの値を増加させ、繰り返し波形Ｆｋを生成する。
【００５１】
続いて、ステップＳ２２０〜Ｓ２４０における第２の画素分解能波形の生成処理について、さらに図１７を用いて詳細に説明する。図１７（ａ）に示すように、アライメント取得波形ｙｉ（０）に対して、画素ｉのまわりでＮ分割した高分解能波形がｙｉ（−ｍ），・・，ｙｉ（−１），ｙｉ（０），ｙｉ（１），・・，ｙｉ（ｍ）のように生成されたとする（但し、Ｎ−２ｍ）。
【００５２】
まず、画素ｉにおいて、高分解能波形の画素ずらしをせずに第２の画素分解能波形Ｆ０（ｉ）を下記［数２］に基づいて算出する。
【００５３】
【数２】
2005175190.tif 000004
【００５４】
ここで注目すべき点は、画素ｉにおけるアライメント取得波形ｙｉ（０）と画素ｉにおける第２の画素分解能波形Ｆ０（ｉ）とは必ずしも一致している必要はない点である。本発明における以下のパラメータ最適化の評価基準としては、第２の画素分解能波形Ｆ０（ｉ）を用いればよい。
次に、図１７（ｂ）に示すように、高分解能波形ｙｉ（−ｍ），・・，ｙｉ（−１），ｙｉ（０），ｙｉ（１），・・，ｙｉ（ｍ）を計測方向にｋ画素ずらして、画素ｉで［数３］に示される処理を行って第２の画素分解能波形Ｆｋを生成する。
【００５５】
【数３】
2005175190.tif 000005
【００５６】
なお、第２の画素分解能波形Ｆｋの算出方法は、Ｎが偶数の場合と奇数の場合で異なっており、図１７はＮ＝２ｍ（偶数）の場合である。Ｎ＝２ｍ＋１（奇数）の場合は、図１８に示されるように、画素ｉにおいて、高分解能波形の画素ずらしをしない第２の画素分解能波形Ｆ０（ｉ）は下記［数４］に基づいて算出する。
【００５７】
【数４】
2005175190.tif 000006
【００５８】
次に、高分解能波形を計測方向にｋ画素ずらして、画素ｉにおける第２の画素分解能波形Ｆｋを下記［数５］に基づいて算出する。
【００５９】
【数５】
2005175190.tif 000007
【００６０】
以上のステップにより、取得したアライメント波形に対して第２の画素分解能の波形Ｆｋが生成されたことになる。
ステップＳ１３０において、アライメント信号処理により第２の画素分解能波形に対して位置検出を行う。ステップＳ１４０において、第２の画素分解能波形を示す上記［数２］で求めたＦ０と［数３］で求めたＦｋの擬似的な移動量とステップＳ１３０で位置検出した座標との誤差を求める。ステップＳ１５０において、擬似的な移動量を反映した信号波形を位置計測した結果の検出誤差がデバイスのデザインルールで決定される必要精度を満足しているか否かを判定する。検出誤差が必要精度を満たしていれば、ステップＳ１６０に移る。
【００６１】
ステップＳ１６０においては、階調分解能を現在の階調分解能から１／２倍することにより階調ビット数を１桁落とす処理を行う。そしてステップＳ１２０に戻り、再度新たな階調分解能で高分解能波形を作成するステップを行う。ステップＳ１２０〜Ｓ１５０まで処理を進め、再び検出誤差が必要精度を満足するか否かの判定を行う。必要精度を満足する場合は再度同様のステップを繰り返す。
【００６２】
検出誤差が必要精度を満足しない場合は、その時点での階調分解能を２倍に向上させた階調分解能、すなわち、ステップＳ１６０による繰り返しループの１回分以前の階調分解能を最適な階調レベルとして選別する（ステップＳ１７０）。
【００６３】
本実施の形態においては階調分解能の変更は２倍ごととしたが、４倍ごとやその他の整数倍ごとに設定することも可能である。また、階調分解能を変更した後に画素ずらし波形を作成して信号処理手段を行い、最適な階調分解能を選択する手段を示したが、予め、複数の階調レベルの波形を作成してから階調レベル毎に画素すらし波形を作成して信号処理を行ってから最適な階調レベル手段を選別してもよい。
【００６４】
画素の分割による画素分解能の向上については、デザインルールに基づいた分割数で分割しているが、画素の最適化検査の結果から階調分解能の変更を行わずに画素分解能の条件を満足するか否かを検証することが可能である。例えばＡＧＡの測定点の点数を増すことによる測定の平均化効果によって精度を向上させることが可能である。ステージの駆動精度はレーザ干渉計の精度において０．３ｎｍ以下の分解能を有するので、微小な量を駆動させてアライメント信号処理で位置検出の計測を行い、ずらし量と比較することが可能である。
【００６５】
図９は、同一信号処理において階調分解能を１４ビットとしたものと８ビットとしたものとを比較した一例を示すグラフである。１４ビットのものと８ビットのものとでは、基準位置からの擬似ずらし量に対する誤差が約１００倍程度異なることが示されている。
【００６６】
図１、図２に示すフローチャートにおいて説明した画素分解能、階調分解能の最適化処理によって上記の階調ビット評価を行えば、１４ビットが必要精度を満足することがわかる。更に少ないビットで最適化も行える。
【００６７】
本階調分解能の決定（最適化）は管理システムにおいて行われ、その結果が露光装置１に通信される。露光装置１側は受信した階調分解能の情報に基づいて画像処理のソフト動作を変更し、最適な階調処理を行うことが可能になる。
【００６８】
本処理内容は管理システム上で行った例を示したが、露光装置１において単独でも利用できる。その場合は階調分解能の最適化処理に処理時間が必要となるので、半導体露光のスループットに影響しないように、階調分解能最適化処理と他の処理（露光処理等）とを並列動作させることによりスループットの低下を防止することが可能である。
【００６９】
［実施の形態２］
実施の形態１においては、ソフト上での処理により高階調、高分解能化処理、動作検証処理を行って階調分解能の最適化を行ったが、本実施の形態２においては検出系のハード、ソフトを用いた別の方法について説明する。図１０は本実施の形態２に係る階調分解能決定方法を実現するための装置構成を示す概略ブロック図である。
【００７０】
９１８は図５で示したアライメント光源、９２３、９２４はＣＣＤセンサ、６４０は制御部を表している。３００はアライメント光源の光量を制御する光源光量コントローラである。２０はアライメントマークが表面に形成されたウエハである。
【００７１】
制御部６４０の内部に含まれる構成のうち、本実施の形態２の処理に関連する機能についてブロック構成で示している。３２０はアライメント信号のピーク値を検出するピーク検出回路、３３０はアライメント信号を加算する機能を持つ信号加算積算回路、３４０は実施の形態１で示したソフト機能をＰＬＤ等によりハード的に構成した画素ずらし波形作成回路、３５０は画像処理により信号位置検出を行う信号位置検出回路である。
【００７２】
ピーク検出回路３２０の内部には、アナログ信号をデジタルに変換する図示しないＡ/Ｄ変換回路が含まれ、デジタル化して階調の数値データを調べることにより信号ピーク値を数値で求めることができるようになっている。ＦＰＧＡ等の大規模のＰＬＤでＡ/Ｄ変換器を作製することにより、Ａ/Ｄ変換器のビット長を外部から選択でき、高分解能から低分解能の階調を外部でコントロールして変換することが可能となる。Ａ/Ｄ変換器は複数のカウンタを内蔵しており、それらのカウンタを切り替えて使用することにより変換ビット数をコントロールすることが可能とされている。ＶＨＤＬ等のソフト設計手段を用いることにより、このようなハードデバイスを設計することが可能である。
【００７３】
図１１は、ＣＣＤセンサ９２３、９２４で検出され、ピーク検出回路３２０により読み取られたアライメント信号の波形を一部抜粋して示したグラフである。Ｐ１，Ｐ２は信号のコントラストを規定する信号ベースラインからのピーク値を示している。Ｐ１、Ｐ２の信号ピークを読み取った結果コントラスト値が低い場合は、光源光量コントローラ３００の電流量を調整することによってアライメント光源９１８の光量を制御する。Ｐ１、Ｐ２の階調レベルを読み取ることにより、光源光量コントローラ３００を用いて１階調の範囲で微小に光量を変化させることができる。
【００７４】
図１２は信号加算積算回路３３０の機能を説明するためのグラフである。光量を微小に変更して同一アライメントマークからのアライメント信号を加算し、輝度レベルを向上させることにより輝度レベルを変更することが可能となっている。複数波形の画像を積算、平均化してＡ/Ｄ変換が可能なアナログ信号レベルとすることにより、輝度レベルを向上させつつ不要なノイズレベルを低減させる処理が可能となる。
【００７５】
ノイズ成分としてはランダム成分が多いので、信号を加算することにより周期性がないランダムノイズの除去が可能となり、明確となった信号成分の抽出が可能となる。また、フィルタとしてＷａｖｅｌｅｔ変換を用い、信号処理に必要な成分、例えばエッジ検出であればエッジの傾斜部分等の周波数成分に大きく重みをつけて周波数を抽出し、再合成することにより、必要とする周波数成分の輝度レベルを高くすることも可能となる。
【００７６】
このようにアライメント信号を波形レベルで調整を行うことにより、実際の信号に対応して階調（輝度レベル）を調整することが可能となる。更に画素ずらし波形作成回路３４０、信号位置検出回路３５０によって実施の形態１に示した擬似波形作成、検出精度検証の動作を行えば、より効果的に高精度な高分解能、高階調の信号処理を行うことができる。
【００７７】
［実施の形態３］
図１９を用いて本発明の実施の形態３に係る階調分解能決定方法について説明する。図１９は、この階調分解能決定方法において信号処理に対応して部分的に画素分解能、階調分解能の最適化を行う例を示している。このように構成することにより、アライメント信号の全画像信号に対して画素分解能、階調分解能の最適化処理を行うことなく、必要部分の信号に対してのみ選択的に画素分解能、階調分解能の最適化処理を行うので、使用するメモリ量や演算処理時間を少なくすることができる。
【００７８】
なお、グラフＡはアライメントマーク３０全体の信号、すなわち４つのマークエレメントからの信号を示し、グラフＢは４つのマークエレメントのうちの１つであって、かつそのエレメントの有する左右エッジの一方のエッジに対応する信号を抽出したものである。グラフＣはグラフＢの信号を微分処理したもので、そのＤ部はＣの波形の左側の外エッジ位置を示している。信号ピークの部分周辺の数画素を抽出して本発明の実施の形態１の処理を適用すれば、必要な局所部分において高分解能、高階調処理を適用できる。これにより、不要な画素メモリを必要とせず、かつ信号処理の速度低下を防止することが可能となる。
【００７９】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４では、実施の形態１〜３におけるアライメント信号の最適化の適用タイミングを示す。アライメント信号の最適化は実施例１〜３における画素分解能、画素階調の最適化を示すものとする。またアライメント信号の最適化パラメータは本実施の形態の画素の分解能及び階調の最適化を示すものとする。本実施の形態におけるアライメント信号の最適化は、ロットの先頭ウエハに対して行ってもよいし、あるいはロット内で抽出したウエハに対して行ってもよい。また、複数ロットにおける複数のウエハで行ってもよい。つまり、露光装置１内の通信ユニット（ＡＤＵＬ）６５０は、図示しないセンサなどでウエハ２０の搬入を確認した後に、ウエハ２０上に形成された識別子又は外部入力によって、そのウエハ２０が最適化対象ウエハか否かを判断する。最適化対象すなわちアライメント波形データ取得対象のウエハの場合は、ホストコンピュータ３は、通信ユニット６５０を介して、アライメント信号波形を取得する。取得したアライメント信号波形に対して、前述の画素ずらしによる最適化処理を実行する。ホストコンピュータ３は、最適なアライメント信号のパラメータが、装置設定ＪＯＢパラメータ値でない場合は、制御部６４０に最適化されたアライメント信号のパラメータを送信する。これに応答して、露光装置１は装置設定ＪＯＢパラメータを最適パラメータに変更し、次のＪＯＢに反映させることができる。
【００８０】
また、本発明による別の実施形態として、図３において、ある半導体露光装置１で得られたある装置パラメータの最適化領域を含む一定範囲をホストコンピュータ３で管理し、別の半導体露光装置２のアライメント信号のパラメータを最適化する際に利用することにより、別の半導体露光装置２で全領域を処理することなく、別の半導体露光装置２の最適化領域を早期に発見することが可能となる。
【００８１】
次に、図１５及び図１６を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１５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１０１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ１０２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ１０３（ウエハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウエハ（基板）を製造する。ステップ１０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィ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１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４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１０６（検査）では、ステップ１０５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、これが出荷（ステップ１０７）される。
【００８２】
図１６は、ステップ１０４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１１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１１４（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１１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１１８（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１１９（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。本実施の形態における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。
以上のように、本発明によれば、管理システムが実デバイスプロセスの中からアライメント波形を監視する手段を有するので、露光装置動作と並行してアライメント信号の状態及び信号処理条件の検討を行うことができる。管理システムはアライメント信号処理条件を露光装置オペレータに代わって自動的に判断することができる。
【００８３】
アライメント信号はデジタル画像処理手段を用いて処理を行うため、デジタル画像の画素分解能及び画素階調分解能が適正であるか否かを、本実施の形態１において説明した第３の高階調、高分解能波形郡の中から選択する。これにより露光装置が持つＡ／Ｄ変換器の際に生じる誤差を抑え、実プロセスに適合したアライメント信号波形でアライメントを行うことが可能となる。
【００８４】
これにより、実プロセスでのアライメント精度が向上する。またアライメント波形の輝度条件を良好に維持しつつ階調分解能を低減することができるので、アライメント波形の画像データ量を減少させることができ、画像処理のスピードを高速化することができる。このように実プロセスごとに設定を自動的に変更可能である。一度決定すればプロセス変動がない限り、その条件を使用可能である。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、本実施形態では、被露光体は半導体ウエハ用の単結晶基板であるが、本発明は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る階調分解能決定方法を説明するフローチャートである。
【図２】ステップＳ１２０の処理を詳細に説明するフローチャートである。
【図３】図１に示す階調分解能決定方法を実現するための露光システムの構成図である。
【図４】図３に示す露光システムを構成する半導体露光装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】アライメントユニットの主要構成要素を示すブロック図である。
【図６】アライメントマーク及びアライメント検出信号を示す図であり、（ａ）はアライメントマークの平面図であり、（ｂ）はアライメントマークの断面図であり、（ｃ）はアライメント検出信号波形を示すグラフである。
【図７】信号処理の一例を示す図であり、階調ごとの分解能の変化を説明するグラフである。
【図８】アライメント検出信号にノイズが重畳された場合を説明する図であって、（ａ）はノイズが重畳されたアライメント信号の元波形の一部を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す丸で囲んだ部分を拡大したグラフであり、（ｃ）は（ａ）の信号波形にデジタルフィルター等の平滑化手段を適用したグラフであり、（ｄ）は（ｃ）に示す丸で囲んだ部分を拡大したグラフである。
【図９】同一信号処理において階調分解能を１４ビットとしたものと８ビットとしたものとのアライメント検出精度の相違を比較した一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る階調分解能決定方法を実現するための装置構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】ＣＣＤセンサで検出され、ピーク検出回路により読み取られたアライメント信号の波形を一部抜粋して示したグラフである。
【図１２】信号加算積算回路の機能を説明するためのグラフである。
【図１３】元となるアライメント信号波形から第１の高階調波形を作成し、第２の高階調波形群を作成する手順を説明する概念図である。
【図１４】第２の高階調波形から第３の高分解能、高階調のずらし波形を作成する手順を説明する概念図である。
【図１５】図４に示す露光装置によるデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１５に示すステップ１０４の詳細なフローチャートである。
【図１７】第２の画素分解能波形Ｆｋを生成する過程を説明する概念図である。
【図１８】第２の画素分解能波形Ｆｋを生成する別の過程を説明する概念図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る階調分解能決定方法を説明する図であって、特にエッジ検出の信号処理に関して部分的に画素分解能、階調分解能の最適化を行う例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８７】
Ｓ…露光システム
１，２…露光装置
３…ホストコンピュータ
４…記憶装置
５…ネットワーク
１０…レチクル
２０…ウエハ
３０…アライメントマーク
３２…位置検出用マーク（要素）
３００…光源光量コントローラ
３２０…ピーク検出回路
３３０…信号加算積算回路
３４０…画素ずらし波形作成回路
３５０…信号位置検出回路
６０２…レーザ光源ユニット
６１１…ウエハステージ
６１３…投影光学系
６１４…レチクルステージ
６１５…照明光学系
６１７…アライメントユニット（アライメントスコープ）
６４０…制御部
６５０…通信ユニット
９１８…光源
９１９，９２２…ビームスプリッタ
９２０，９２１…レンズ
９２３，９２４…ＣＣＤセンサ
【図１】
2005175190.tif 000008
【図２】
2005175190.tif 000009
【図３】
2005175190.tif 000010
【図４】
2005175190.tif 000011
【図５】
2005175190.tif 000012
【図６】
2005175190.tif 000013
【図７】
2005175190.tif 000014
【図８】
2005175190.tif 000015
【図９】
2005175190.tif 000016
【図１０】
2005175190.tif 000017
【図１１】
2005175190.tif 000018
【図１２】
2005175190.tif 000019
【図１３】
2005175190.tif 000020
【図１４】
2005175190.tif 000021
【図１５】
2005175190.tif 000022
【図１６】
2005175190.tif 000023
【図１７】
2005175190.tif 000024
【図１８】
2005175190.tif 000025
【図１９】
2005175190.tif 000026