(57)【要約】      （修正有）【課題】露光装置において、デバイス製造現場で発生するＷＩＳを高精度に補正するアライメント方法を提供する。【解決手段】マーク信号の特徴を定量的に表した複数のマーク特徴量を算出し、各マーク特徴量からＷＩＳ予測量を算出してアライメント結果を補正する。各マーク特徴量からＷＩＳ予測量を算出するための変換係数は、デバイス製造現場で実施する重ね合わせ検査の結果を露光装置へ入力することで更新する。これにより、デバイス製造プロセスが変化するような状況においても、ＷＩＳを除去した高精度なアライメントを行うことが可能となる。また、各ショットのマーク特徴量を統計計算して「マーク特徴量のショット配列成分」を算出し、重ね合わせ検査の結果より更新した「各ショット配列成分の変換係数」を用いて、「ショット配列補正値のＷＩＳ予測量」を算出し、アライメント時のショット配列補正値を補正する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する方法であって、
マーク信号の特徴量を算出する工程と、
算出したマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる工程と、
変換係数を乗じたマーク信号の特徴量から位置合わせずれ量の予測量を算出する工程と、
算出した位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したマーク位置から位置合わせずれ量を除去する工程と、
を有することを特徴とするマーク位置検出方法。
【請求項２】
前記マーク信号の特徴量は前記マーク信号の非対称性を表す量を用いて算出されることを特徴とする請求項１に記載のマーク位置検出方法。
【請求項３】
前記マーク信号の特徴量は前記マーク信号のＳ／Ｎを表す量を用いて算出されることを特徴とする請求項１または２に記載のマーク位置検出方法。
【請求項４】
前記マーク信号の特徴量は前記マーク信号の形状を表す量を用いて算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマーク位置検出方法。
【請求項５】
前記変換係数は位置合わせずれ量の検査結果と位置合わせずれ量の予測量から算出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマーク位置検出方法。
【請求項６】
前記変換係数はマーク位置検出位置を補正するための固定補正量と位置合わせずれ量の予測量から算出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマーク位置検出方法。
【請求項７】
前記変換係数はショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つの値または２以上の値の平均値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマーク位置検出方法。
【請求項８】
マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する方法であって、
マーク信号の特徴量を算出する工程と、
算出したマーク信号の特徴量からウエハ内ショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つ以上を算出する工程と、
算出したショット配列成分のマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる工程と、
変換係数を乗じたショット配列成分のマーク信号の特徴量からショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を算出する工程と、
算出したショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したショット配列補正値から位置合わせずれ量を除去する工程と、
を有することを特徴とするマーク位置検出方法。
【請求項９】
前記変換係数が、位置合わせずれ量の検査結果と位置合わせずれ量の予測量から算出したシフト成分、倍率成分および回転成分の変換係数のいずれか１つ以上の値であることを特徴とする請求項８に記載のマーク位置検出方法。
【請求項１０】
前記変換係数を更新する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のマーク位置検出方法。
【請求項１１】
マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する装置であって、
マーク信号の特徴量を算出する手段と、
算出したマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる手段と、
変換係数を乗じたマーク信号の特徴量から位置合わせずれ量の予測量を算出する手段と、
算出した位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したマーク位置から位置合わせずれ量を除去する手段と、
を有することを特徴とするマーク位置検出装置。
【請求項１２】
前記マーク信号の特徴量を算出する手段は、前記マーク信号の特徴量をマーク信号の非対称性を表す量を用いて算出することを特徴とする請求項１１に記載のマーク位置検出装置。
【請求項１３】
前記マーク信号の特徴量を算出する手段は、前記マーク信号の特徴量をマーク信号のＳ／Ｎを表す量を用いて算出することを特徴とする請求項１１または１２に記載のマーク位置検出装置。
【請求項１４】
前記マーク信号の特徴量を算出する手段は、前記マーク信号の特徴量をマーク信号の形状を表す量を用いて算出することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のマーク位置検出装置。
【請求項１５】
前記変換係数は、位置合わせずれ量の検査結果と位置合わせずれ量の予測量から算出されることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のマーク位置検出装置。
【請求項１６】
前記変換係数は、マーク位置検出位置を補正するための固定補正量と位置合わせずれ量の予測量から算出されることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のマーク位置検出装置。
【請求項１７】
前記マーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる手段は、前記変換係数としてショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つの値または２以上の値の平均値を用いることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかに記載のマーク位置検出装置。
【請求項１８】
マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する装置であって、
マーク信号の特徴量を算出する手段と、
算出したマーク信号の特徴量からウエハ内ショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つ以上を算出する手段と、
算出したショット配列成分のマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる手段と、
変換係数を乗じたショット配列成分のマーク信号の特徴量からショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を算出する手段と、
算出したショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したショット配列補正値から位置合わせずれ量を除去する手段と、
を有することを特徴とするマーク位置検出装置。
【請求項１９】
前記変換係数が、位置合わせずれ量の検査結果と位置合わせずれ量の予測量から算出したシフト成分、倍率成分および回転成分の変換係数のいずれか１つ以上の値であることを特徴とする請求項１７に記載のマーク位置検出装置。
【請求項２０】
前記変換係数を更新する手段をさらに有することを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれかに記載のマーク位置検出装置。
【請求項２１】
請求項１１乃至２０のいずれかに記載のマーク位置検出装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光した前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する方法および装置に関する。本発明は特に「ウエハプロセス誤差（以下、ＷＩＳ（Ｗａｆｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  ｓｈｉｆｔ））」を発生しうる状況において、アライメントを高精度に行うためのマーク位置検出方法および装置に適用して好適である。
【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、レチクル面上の回路パターンをウエハ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。後者の方法に関し、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。
【０００３】
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、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）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−ＨＥＭＴ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ  Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭ−ＨＥＭＴ（Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｅ−ＨＥＭＴ）が提案されている。また、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ等を使用したＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が提案されている。
【０００４】
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。
【０００５】
しかし、ウエハ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ＷＩＳ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。ＷＩＳとは、製造プロセス起因で発生するアライメントマークをアライメントする際の、位置合わせずれ量のことである。ＷＩＳを発生させる要因の一例としては、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、ウエハ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がばらつくことも問題となっていた。
【０００６】
これに対処するため、従来のウエハアライメントでは複数のアライメントパラメータを用意し、プロセス毎に最適なアライメントパラメータを決定していた。しかしながら、アライメントパラメータを決定するには、実際に幾つかのアライメントパラメータでウエハを露光し重ね合わせ検査を実施する必要があり、多大な時間を要することが問題であった。こうした問題に鑑み、特許文献１ではアライメントパラメータを最適化すること無しに、ＷＩＳを除去した高精度なアライメントを行う方法を提案している。これは、「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（以下、特徴量）」を用いてアライメント結果からＷＩＳを補正するものである。
【特許文献１】特開２００３−２０３８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のアライメント方法では、複数の特徴量を個別に補正値として使用していた。しかしながら、実際にデバイス製造現場で問題となっているＷＩＳは、各種特徴量の相互作用により複雑に変化するため、特徴量を個別に補正値とする手法では高精度にＷＩＳを補正することができなかった。さらに、特徴量を補正値に変換するための係数が、新規のデバイス製造プロセスや、デバイス製造プロセスの条件が大きく変わった際に変化してしまう問題があった。
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に、デバイス製造に適用されて、ウエハ製造プロセスの影響により発生する位置合わせずれ量を低減させることにある。特に、デバイス製造プロセスが変化する場合においても、デバイス製造現場で発生するＷＩＳを除去したアライメントを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る第１のマーク位置検出方法は、マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する方法であって、マーク信号の特徴量を算出する工程と、算出したマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる工程と、変換係数を乗じたマーク信号の特徴量から位置合わせずれ量の予測量を算出する工程と、算出した位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したマーク位置から位置合わせずれ量を除去する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る第２のマーク位置検出方法は、マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する方法であって、マーク信号の特徴量を算出する工程と、算出したマーク信号の特徴量からウエハ内ショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つ以上を算出する工程と、算出したショット配列成分のマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる工程と、変換係数を乗じたショット配列成分のマーク信号の特徴量からショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を算出する工程と、算出したショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したショット配列補正値から位置合わせずれ量を除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る第１のマーク位置検出装置は、マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する装置であって、マーク信号の特徴量を算出する手段と、算出したマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる手段と、変換係数を乗じたマーク信号の特徴量から位置合わせずれ量の予測量を算出する手段と、算出した位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したマーク位置から位置合わせずれ量を除去する手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る第２のマーク位置検出装置は、マークを撮像して得られたマーク信号から前記マークの位置を検出する装置であって、マーク信号の特徴量を算出する手段と、算出したマーク信号の特徴量からウエハ内ショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つ以上を算出する手段と、算出したショット配列成分のマーク信号の特徴量に変換係数を乗ずる手段と、変換係数を乗じたショット配列成分のマーク信号の特徴量からショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を算出する手段と、算出したショット配列成分の位置合わせずれ量の予測量を用いて検出したショット配列補正値から位置合わせずれ量を除去する手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、デバイス製造現場のプロセス状況に関係なく、デバイス製造現場で発生するＷＩＳを除去したアライメントが可能となる。ひいては、半導体デバイス製造工程においての歩留まり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】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態において、本発明は、半導体ウエハに、レチクルやマスクのパターン像を露光する露光装置に適用される。本実施形態に係るアライメント方法は、マーク信号の特徴を定量的に表した複数のマーク特徴量を算出し、各マーク特徴量からＷＩＳ予測量を算出し、算出したＷＩＳ予測量を用いてアライメント結果を補正する。その際、各マーク特徴量からＷＩＳ予測量を算出するための変換係数は、デバイス製造現場で実施する重ね合わせ検査の結果を露光装置へ入力することで更新する。
【００１４】
これにより、アライメントパラメータを最適化することなく、デバイス製造プロセスが変化するような状況においても、ＷＩＳを除去した高精度なアライメントを行うことが可能となる。
【００１５】
また、各ショットのマーク特徴量を統計計算して「マーク特徴量のショット配列成分」を算出し、重ね合わせ検査の結果より更新した「各ショット配列成分の変換係数」を用いて、「ショット配列補正値のＷＩＳ予測量」を算出する。そして、アライメント時のショット配列補正値を補正することで、デバイス製造現場で問題となっているショット配列成分のＷＩＳのみを高精度に補正することが可能となる。また、ショット配列成分間で変換係数が異なる場合でもＷＩＳを高精度に補正することが可能となる。ここで、「ショット配列成分」は、例えば、ウエハ内ショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つ以上を指す。
【００１６】
前記マーク信号の特徴量は、例えば、マーク信号の非対称性を表す量、マーク信号のコントラスト、マーク信号のＳ／Ｎを表す量、マーク信号の形状を表す量の１つ以上を用いて算出される。
前記変換係数は、例えば、位置合わせずれ量の検査結果と位置合わせずれ量の予測量から算出される。または、マーク位置検出位置を補正するための固定補正量と位置合わせずれ量の予測量から算出される。また、ショット配列のシフト成分、倍率成分および回転成分のいずれか１つの値または２以上の値の平均値とすることもできる。
【実施例】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。以下の実施例は、露光装置に本発明を適用したときの実施例である。
［実施例１］
図１は本発明の一実施例に係る半導体露光装置の概略図である。図１において、露光装置１は、ある回路パターンの描画されたレチクル２を縮小投影する縮小投影光学系３と前工程で下地パターンおよびアライメントマークの形成されたウエハ４を保持するウエハチャック５を有する。また、ウエハ４を所定の位置に位置決めするウエハステージ６と、ウエハ４上のアライメントマーク１１（図２）の位置を計測するアライメント検出光学系７を有する。さらに、アライメント検出光学系７からの信号を処理するアライメント信号処理部３１と、アライメント信号処理部３１からの信号に基づいてウエハステージ６を駆動する等、露光装置１全体の動作を制御する中央処理装置３２を有する。
【００１８】
図２はアライメント検出光学系７の主要構成要素を示したものである。光源８からの照明光は、ビームスプリッタ９で反射し、レンズ１０を通り、ウエハ４上のアライメントマーク１１を照明する。アライメントマーク１１からの回折光はレンズ１０、ビームスプリッタ９、レンズ１２を通り、ビームスプリッタ１３で分割され、それぞれＣＣＤセンサ（撮像素子）１４、１５で受光させる。ここで、アライメントマーク１１は、レンズ１０、１２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１４、１５に結像される。ＣＣＤセンサ１４と１５はそれぞれ、アライメントマーク１１のＸ方向のずれ計測用と、アライメントマーク１１のＹ方向のずれ計測用になっており、光軸に対して９０度回転させて設置している。Ｘ方向とＹ方向の計測原理は同じなので、以下はＸ方向の位置計測についてのみ記述する。
【００１９】
図３は位置計測に用いるアライメントマーク１１の一例を示す。図３に示す例では、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２０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１１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１１上にはレジスト２１が塗布されている。
【００２０】
図４は、複数本のアライメントマーク２０に照明光を照射して得られる反射光をＣＣＤセンサ１４で受光したときの、マーク信号の一例を示す。図４の各マーク信号２２に対して、各マーク位置を検出する。最終的に各マーク位置の平均値を求め、アライメントマーク位置ｘとして検出する。
【００２１】
図１０および図１１は、本発明の実施例１において図１の露光装置が実行するアライメント方法を示すアライメント工程および変換係数更新工程のフローチャートである。以下これに沿って説明する。
まず、図１０のアライメント工程において、ステップＳ１０１でウエハ４を露光装置１に搬入する。
次に、ステップＳ１０２では、図２〜図４を用いて上述したようにしてウエハ４上のアライメントマーク１１の位置ｘを検出する。
【００２２】
次に、ステップＳ１０３で、「マーク信号の特徴を定量的に表した値（以下、マーク特徴量Ｗ）」を算出する。マーク特徴量Ｗはマーク信号の非対称量Ｓ、マーク信号のコントラストＣ、マーク信号の形状Ｐを使って表される式１を用いて算出する。なお、上記のＳ、Ｃ、Ｐに加えて、またはいずれかに代えてマーク信号のＳ／Ｎを用いても良い。
【００２３】
【数１】
2009094265.tif 000003
式１において、Ａ、ａ、ｂ、ｃはマーク特徴量とＷＩＳとの関係から求まる定数である。
【００２４】
マーク信号の非対称量Ｓは図５のマーク信号の「右側処理領域Ｒｗ（以下、右ウインドウ）」と「左側処理領域Ｌｗ（以下、左ウインドウ）」に対して式２で定義する。
【００２５】
【数２】
2009094265.tif 000004
【００２６】
マーク信号のコントラストＣは図６のマーク信号の右ウインドウＲｗと左ウインドウＬｗに対して式３で定義する。
【００２７】
【数３】
2009094265.tif 000005
【００２８】
マーク信号形状Ｐは図７のマーク信号の右ウインドウＲｗと左ウインドウＬｗに対して式４で定義する。
【００２９】
【数４】
2009094265.tif 000006
【００３０】
マーク特徴量ＷとＷＩＳに相関があることは、実際にＷＩＳが発生しているウエハを使用した実験によって確認できており、例えば図８のような相関関係となる。つまりマーク特徴量Ｗを求めることで「マーク信号が発生させる予測ＷＩＳ量（以下、ＷＩＳ予測量Ｗｅ）」を知ることが可能となる。ＷＩＳ予測量Ｗｅの算出は、ステップＳ１０４で、図８の近似直線の傾きにより決まる変換係数Ｅを用いて行う（式５）。
【００３１】
【数５】
2009094265.tif 000007
【００３２】
マーク特徴量ＷとＷＩＳ予測量Ｗｅの近似直線の傾きは、デバイス製造プロセスが変わることで変化することが分かっており、式５の変換係数Ｅは固定値とはならない。したがって、ある条件下のマーク特徴量ＷとＷＩＳ予測量Ｗｅの関係から算出した変換係数Ｅを、全てのデバイス製造プロセスに使用することは難しい。本実施例では、デバイス製造プロセスでウエハの露光後に、重ね合わせ検査装置等により検査される「実際のアライメント誤差量（以下、重ね合わせ検査結果）」を、露光装置にフィードバックすることで、変換係数Ｅを更新することを特徴としている。なお、重ね合わせ検査結果を露光装置にフィードバックする工程の詳細については後述する。
【００３３】
次に、ステップＳ１０５で、上記で算出したＷＩＳ予測量Ｗｅを使って、式６により、検出したアライメントマーク位置（ｘ，ｙ）からＷＩＳを補正したマーク位置（ｘ´，ｙ´）を算出する。
【００３４】
【数６】
2009094265.tif 000008
【００３５】
次に「ウエハ上の全ショット内から選択した数ショット（以下、サンプルショット）」に対して、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５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位置とマーク特徴量Ｗを順次算出する。さらに、ＷＩＳを補正したマーク値（ｘ´，ｙ´）を算出する。
【００３６】
次に、ステップＳ１０６で、各サンプルショットのアライメントマーク位置を統計計算して全ショット配列の補正値を算出するグローバルアライメントを実施する。グローバルアライメントの詳細については特開昭６３−２３２３２１号で提案されており、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。
【００３７】
ウエハのずれ量は、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計測値Ａｉは、計測ショット番号をＩとすると、式７によって決定される。なお、ここでの（ｘｉ，ｙｉ）は式６でＷＩＳを補正した後の計測値とする。
【００３８】
【数７】
2009094265.tif 000009
【００３９】
各サンプルショットのアライメントマーク設計位置座標Ｄｉは、式８によって決定される。
【００４０】
【数８】
2009094265.tif 000010
【００４１】
グローバルアライメントでは、先に示したウエハの位置ずれを表す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は式９によって決定される。
【００４２】
【数９】
2009094265.tif 000011
式では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。
【００４３】
図９に示すようにＷで示す位置にウエハ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を行うとウエハ上のアライメントマークの位置ずれは「Ｒｉ（以下、補正残差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は式１０によって決定される。
【００４４】
【数１０】
2009094265.tif 000012
【００４５】
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、補正残差Ｒｉの平均二乗和Ｖを最小とする（Ｓｘ，Ｓｙ，θｘ，θｙ，Ｂｘ，Ｂｙ）を算出する。Ｖは式１１および式１２により決定される。
【００４６】
【数１１】
2009094265.tif 000013
【００４７】
【数１２】
2009094265.tif 000014
【００４８】
式１１および式１２に、各サンプルショットでの計測値（ｘｉ，ｙｉ）および設計位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を代入して（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全ショット配列の補正値算出は終了する。
【００４９】
次に、各マークのＷＩＳ予測量Ｗｅに対してグローバルアライメント演算を実施して「ショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）」を算出する。ショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）は、ステップＳ１０７のグローバルアライメントで、各ショットの計測値（式７）を各ショットのＷＩＳ予測量（式１３）に置き換えて、式８〜式１２まで同様の計算をすることで算出する。
【００５０】
【数１３】
2009094265.tif 000015
【００５１】
なお、ショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）は、ショット配列補正値（Ｓｘ，Ｓｙ，θｘ，θｙ，Ｂｘ，Ｂｙ）と同様の成分で構成される。このＷＩＳ予測量は、ウエハをアライメントした際に、露光装置の外部にある記憶領域（不図示）に保存しておく。
【００５２】
次に、重ね合わせ検査結果を露光装置へフィードバックすることで、変換係数Ｅを更新する工程について、図１１のフローチャートに沿って説明する。まずステップＳ２０１で、重ね合わせ検査結果を露光装置に入力する。重ね合わせ検査結果は、デバイス製造プロセスで通常実施する検査結果をそのまま使用可能で、「ショット配列のずれ量（ＲＳｘ，ＲＳｙ，Ｒθｘ，Ｒθｙ，ＲＢｘ，ＲＢｙ）」形式で露光装置へ入力する。
次に、ステップＳ２０２で、重ね合わせ検査を実施したウエハを露光装置でアライメントした際の、ショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）を露光装置へ入力する。
【００５３】
次に、ステップＳ２０３で重ね合わせ検査結果ＲＳｘに露光時に補正したＷＩＳ予測量ＷｅＳｘを加味した（ＲＳｘ＋ＷｅＳｘ）を算出して、ＷｅＳｘと直線近似し、近似式の傾きを算出する。これにより、重ね合わせ検査結果が０になるように変換係数ＥＳｘを学習させる。
次に、ステップＳ２０４で、近似式の傾きより式５の変換係数ＥＳｘを求める。同様にステップＳ２０３〜Ｓ２０４を各ショット配列成分に対して繰り返し行い、全てのショット配列成分の変換係数（ＥＳｘ，ＥＳｙ，Ｅθｘ，Ｅθｙ，ＥＢｘ，ＥＢｙ）を算出する。
次に、ステップＳ２０５で、式１４により各ショット配列成分の変換係数（ＥＳｘ，ＥＳｙ，Ｅθｘ，Ｅθｙ，ＥＢｘ，ＥＢｙ）を平均化し、最終的な変換係数Ｅを求める。
【００５４】
【数１４】
2009094265.tif 000016
【００５５】
そして、露光装置内の記憶領域（不図示）の変換係数Ｅを更新し、一連の変換係数更新工程を終了する。本実施例によれば、デバイス製造プロセスによる変化の影響を受けずに、ＷＩＳを高精度に補正したアライメントが実現できる。
【００５６】
なお、本実施例のアライメントマーク１１は図３の形に限定するものではない。また、マーク特徴量Ｗの算出方法は上記に限定するものではなくＷＩＳと相関のある値であれば何を用いても良い。また、ショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）は、露光装置内に記憶領域を設けて保存しておき、変換係数の更新時は、重ね合わせ検査結果のみを露光装置へ入力するようにしてもいい。また、変換係数の算出に使用するショット配列成分は、全て使用する上記の形に限定するものではなく、１個以上の任意のショット配列成分を選択して使用してもいい。
【００５７】
［実施例２］
実施例２では、重ね合わせ検査結果から各ショット配列の変換係数（ＥＳｘ，ＥＳｙ，Ｅθｘ，Ｅθｙ，ＥＢｘ，ＥＢｙ）を個別に更新する。そして、個別の変換係数を使ってショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）を算出する。さらに、このＷＩＳ予測量を用いてグローバルアライメント時のショット配列補正値（Ｓｘ，Ｓｙ，θｘ，θｙ，Ｂｘ，Ｂｙ）を補正する。
【００５８】
図１２および図１３のフローチャートを使って説明する。図１２のステップＳ３０１〜Ｓ３０８までのアライメント工程と図１３のＳ４０１〜Ｓ４０５までの変換係数更新工程以外は、装置全体の構成および装置全体の動作に関して実施例１と同じである。
まず、本実施例のアライメント工程について、図１２のフローチャートを使って説明する。ウエハ搬入からマーク特徴量Ｗを算出するまでのステップＳ３０１〜Ｓ３０３は、実施例１のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様である。本実施例では、ステップＳ３０５で各ショットの計測値を、そのまま式７に適用してグローバルアライメントを行い、ショット配列補正値（Ｓｘ，Ｓｙ，θｘ，θｙ，Ｂｘ，Ｂｙ）を算出する。次に、ステップＳ３０６で、各ショットの計測値（式７）を、各ショットのマーク特徴量Ｗ（式１５）に置き換えて、式８〜式１２まで同様の計算をすることで、マーク特徴量のショット配列成分（ＷＳｘ，ＷＳｙ，Ｗθｘ，Ｗθｙ，ＷＢｘ，ＷＢｙ）を算出する。
【００５９】
【数１５】
2009094265.tif 000017
【００６０】
次に、ステップＳ３０７で、露光装置内に記憶してある各ショット配列成分の変換係数（ＥＳｘ，ＥＳｙ，Ｅθｘ，Ｅθｙ，ＥＢｘ，ＥＢｙ）とマーク特徴量のショット配列成分（ＷＳｘ，ＷＳｙ，Ｗθｘ，Ｗθｙ，ＷＢｘ，ＷＢｙ）から、式１６に代入する。これにより、ショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）を算出する。
【００６１】
【数１６】
2009094265.tif 000018
【００６２】
そして、ステップＳ３０８において、デバイス製造現場で問題となっているショット配列補正値を式１７で補正し、一連のアライメント工程を終了する。
【００６３】
【数１７】
2009094265.tif 000019
【００６４】
次に、本実施例の変換係数更新工程について、図１３のフローチャートを使って説明する。
重ね合わせ検査結果を露光装置へ入力して、各ショット配列成分の変換係数（ＥＳｘ，ＥＳｙ，Ｅθｘ，Ｅθｙ，ＥＢｘ，ＥＢｙ）を算出するまでの工程（ステップＳ４０１〜Ｓ４０５）は実施例１のステップＳ２０１〜Ｓ２０５までと同じである。本実施例では、ステップＳ４０６で露光装置内の記憶領域（不図示）の各ショット配列成分の変換係数（ＥＳｘ，ＥＳｙ，Ｅθｘ，Ｅθｙ，ＥＢｘ，ＥＢｙ）を更新し、一連の変換係数更新工程を終了する。本実施例を用いることで、特定のショット配列成分のＷＩＳのみを補正することが可能となり、問題となっていない他成分へ影響を与えること無く、高精度なアライメントが実現できる。また、各ショット配列成分で変換係数が異なる場合に、他成分の影響を受けずに高精度な補正が可能となる。
【００６５】
［実施例３］
実施例３は、アライメントオフセットを使ってＷＩＳを除去しているデバイス製造工程に、本発明を適用したときの実施例である。図１４は、本実施例の変換係数更新工程を示すフローチャートである。本実施例の動作は、ステップＳ５０１〜Ｓ５０６までの変換係数更新工程以外は、装置全体の構成および装置全体の動作に関して実施例１と同じである。
【００６６】
まず、アライメントオフセットについて説明する。アライメントオフセットは、ウエハの処理ロット毎に露光装置へ入力する値で、ショット配列の補正値（Ｓｘ，Ｓｙ，θｘ，θｙ，Ｂｘ，Ｂｙ）に対し既知の固定位置ずれ量を除去するものである。通常のデバイス製造工程では、このアライメントオフセットに、同一製造工程のロットを露光した際の、重ね合わせ検査結果を入力する。これにより、同一製造工程の重ね合わせずれ量を０に追い込むことを目的としている。アライメントオフセットを入力した場合の最終的なショット配列の補正値（Ｓｘ´，Ｓｙ´，θｘ´，θｙ´，Ｂｘ´，Ｂｙ´）は、アライメントオフセットを（ＡＳｘ，ＡＳｙ，Ａθｘ，Ａθｙ，ＡＢｘ，ＡＢｙ）とすると式１８となる。
【００６７】
【数１８】
2009094265.tif 000020
【００６８】
通常のデバイス製造工程では、このアライメントオフセットを、事前の処理ロットの重ね合わせ検査結果を元に算出し、露光装置へ入力するシステムを有している。本実施例のアライメント工程では、ショット配列の補正値（Ｓｘ，Ｓｙ，θｘ，θｙ，Ｂｘ，Ｂｙ）を補正するのに、アライメントオフセット（ＡＳｘ，ＡＳｙ，Ａθｘ，Ａθｙ，ＡＢｘ，ＡＢｙ）は使用しない。式１７に示したＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）を使用する。よって、一連のアライメント工程は、実施例２のステップＳ３０１〜Ｓ３０８と同じである。
【００６９】
本実施例の変換係数算出工程では、ステップＳ５０１で、露光装置にアライメントオフセットを入力する。次に、ステップＳ５０２で、ステップＳ２０２と同様にショット配列補正値のＷＩＳ予測量（ＷｅＳｘ，ＷｅＳｙ，Ｗｅθｘ，Ｗｅθｙ，ＷｅＢｘ，ＷｅＢｙ）を入力する。次に、ステップＳ５０３で、アライメントオフセットＡＳｘとＷｅＳｘを直線近似し、近似式の傾きを算出する。次に、ステップＳ５０４で、近似式の傾きより式５の変換係数ＥＳｘを求める。同様にステップＳ５０３〜Ｓ５０４を各ショット配列成分に対して繰り返し行い、全てのショット配列成分の変換係数（ＥＳｘ，ＥＳｙ，Ｅθｘ，Ｅθｙ，ＥＢｘ，ＥＢｙ）を算出する。その後の変換係数保存工程（ステップ５０６）はステップＳ２０６と同じである。
【００７０】
本実施例を適用することで、デバイス製造工程でアライメントオフセットを露光装置へ入力するためのシステムを、そのまま使用して、容易に本発明を適用することが可能となる。
なお、本実施例を、各ショット配列成分の変換係数を使用する実施例２に適用することは容易に可能である。
【００７１】
本発明では、変換係数を学習したＷＩＳ予測量を用いて、ショット配列の補正値（Ｓｘ，Ｓｙ，θｘ，θｙ，Ｂｘ，Ｂｙ）を補正する。これにより、本発明は、ＣＭＰ等の条件が変わることによるデバイス製造プロセスの変化があっても、オフセットによる補正を必要としないオフセットレスで追従が可能となる効果がある。
【００７２】
すなわち、本発明では、デバイス製造現場のプロセス状況に関係なく、デバイス製造現場で発生するＷＩＳを除去したアライメントが可能となる。ひいては、半導体デバイス製造工程においての歩留まりを向上させることができる。
【００７３】
［デバイス製造方法の実施例］
次に、図１５および図１６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方法を例に説明する。
ステップ１（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２（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３（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４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製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）等の組立工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５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７）される。
【００７４】
図１６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１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エハ上に多重に回路パターンが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施例に係る半導体露光装置の概略を示す図である。
【図２】図１における位置検出光学系をより詳細に示す図である。
【図３】図２における位置検出用マーク構造の一例を示す図である。
【図４】図３のマークより得られるマーク信号の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係るマーク特徴量の説明図である。
【図６】本発明の実施例１に係るマーク特徴量の説明図である。
【図７】本発明の実施例１に係るマーク特徴量の説明図である。
【図８】本発明の実施例１に係るマーク特徴量の説明図である。
【図９】本発明の実施例１に係るグローバルアライメントの説明図である。
【図１０】本発明の実施例１に係るアライメント工程のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例１に係る変換係数更新工程のフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例２に係るアライメント工程のフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例２に係る変換係数更新工程のフローチャートである。
【図１４】本発明の実施例３に係る変換係数更新工程のフローチャートである。
【図１５】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１６】図１５に示すフローチャートにおけるステップ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】
【００７６】
１  露光装置
２  レチクル
３  縮小投影光学系
４  ウエハ
５  ウエハチャック
６  ウエハステージ
７  アライメント検出光学系
８  光源
９、１３  ビームスプリッタ
１０、１２  レンズ
１１  アライメントマーク
１４、１５  ＣＣＤセンサ
２０  短冊型アライメントマーク
２１  レジスト
２２  マーク信号
３１  アライメント信号処理部
３２  中央処理装置
【図１】
2009094265.tif 000021
【図２】
2009094265.tif 000022
【図３】
2009094265.tif 000023
【図４】
2009094265.tif 000024
【図５】
2009094265.tif 000025
【図６】
2009094265.tif 000026
【図７】
2009094265.tif 000027
【図８】
2009094265.tif 000028
【図９】
2009094265.tif 000029
【図１０】
2009094265.tif 000030
【図１１】
2009094265.tif 000031
【図１２】
2009094265.tif 000032
【図１３】
2009094265.tif 000033
【図１４】
2009094265.tif 000034
【図１５】
2009094265.tif 000035
【図１６】
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