JP4272862B2

JP4272862B2 - 位置検出方法、位置検出装置及び露光装置

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Publication number: JP4272862B2
Application number: JP2002275824A
Authority: JP
Inventors: 隆宏松本; 秀樹稲
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Current assignee: Canon Inc
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Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2009-06-03
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体露光装置におけるウエハやレチクルのアライメントに有効な位置検出方法および位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、或いはＣＣＤ等の撮像素子などの各種デバイスの製造に利用される投影型露光装置においては、当該デバイスの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。
【０００３】
回路パターンの投影解像力は投影光学系の開口数(NA：Numeral Aperture)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。
【０００４】
現在では発振波長を更に短波長化した、波長157nmのVUVの露光方式、波長13nm付近の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。
【０００５】
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)プロセス等の技術導入も行われている。
【０００６】
また、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。
【０００７】
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。
【０００８】
露光装置におけるアライメントは、レチクル上の回路パターンと同時にアライメントマークをウエハ上に露光転写し、次のレチクルの回路パターンをウエハ上に露光する際に、前記アライメントマークの位置を光学的に検出して、レチクルに対してウエハを位置決めすることにより行われる。アライメントマークの検出手段としては、顕微鏡によりアライメントマークを拡大して撮像し、そのマーク像の位置を検出する方法や、回折格子をアライメントマークとして用いて、その回折光を干渉させた干渉信号の位相を検出して、回折格子の位置を検出する方法等がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような半導体産業の現状において、露光装置を使用する上で、次工程の設計パターンとウエハに既存する回路パターンとをアライメントする重ね合わせ精度を向上させることは、半導体素子の性能および製造の歩留まりを向上させるために必須の課題と言える。しかしながら、CMPプロセスなど特殊な半導体製造技術の導入により、回路パターンの構造は良いが、ウエハ間やショット間でアライメントマークの形状にばらつきが発生し、アライメント精度を劣化させる問題が多発している。
【００１０】
これは、回路パターンの微細化に伴い、回路パターンとアライメントマークの線幅の差が大きくなって、成膜や、エッチング、CMPなどのプロセス条件が微細な回路パターン（線幅0.1-0.15μm）に最適化されるため、線幅の大きなアライメントマーク(線幅0.6-4.0μm)では、そのプロセス条件が外れるために生じる場合が多い。
【００１１】
アライメントマークの線幅を回路パターンの線幅に合わせようとすると、アライメントに用いる検出光学系の分解能が足りないため、信号強度またはコントラストが減少し、アライメントマークの検出信号の安定性が悪化する。回路パターンと同等の線幅のアライメントマークを検出できる検出光学系にするには、大きなNA、短い波長の光源が必要となり、投影光学系並みの検出光学系になり、装置コストが上がるなど別の問題も新たに発生する。
【００１２】
図１８は、半導体製造工程で取得されたアライメントマークを示す図である。
【００１３】
図１８において、ウエハ上のアライメントマーク１０１，１０２，１０３，１０４の中央に、レチクル上の回路パターンが転写されるように、レチクルとウエハのアライメントを行った後、露光、現像工程を経て、レジストパターン１０５が形成される。例えば、図１８におけるＹ方向のアライメントマークの位置検出方法について説明すると、アライメントマーク１０１とアライメントマーク１０３の平均値Ym1と、レジストマーク１０５の中心位置Ym2の位置ずれを検出する。ここで、アライメントマークの画像処理範囲は、図示の通りであり、ある領域を非検出方向（Ｘ方向）に積分してから各マーク１０１，１０３の位置情報を算出している。
【００１４】
したがって、図１８のように、アライメントマークに凹凸があると画像処理範囲で、ある程度は平均化されるものの、レジストパターンとの相対的ずれ量を算出する場合に誤差を生じる。
【００１５】
現在、このような状況になった場合には、プロセスの条件を変更して、アライメントマークと回路パターンの双方で適切な条件になるように、試行錯誤で条件設定を行ったり、線幅の異なるアライメントマークを何種類か作り込んで露光評価し、最も良いと思われる線幅のアライメントマークを用いるようにしている。
【００１６】
したがって、最適な条件（パラメータ）を決定するまでに膨大な時間を要していた。また、一旦パラメータが決定された後であっても、例えばプロセスエラーが発生した場合には、それに応じた製造プロセスの変更に伴って露光装置のパラメータを再度変更する必要が生じる場合があり、この場合にも膨大な時間を要する。
【００１７】
更に今後は、回路パターンの微細化が進むと共に、新たな半導体プロセスの導入や、ウエハ径の300mm化（大径化）などにより、回路パターンとアライメントマークの双方をウエハ全面で欠陥無く作り込むことが益々困難になると予想される。
【００１８】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされ、その目的は、ウエハ上に形成されるアライメントマークに多少の欠陥があった場合でも当該マークの検出精度を劣化させることなく、高精度に検出できる位置検出方法および位置検出装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の位置検出方法は、物体の複数の位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出方法において、前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得工程と、前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換工程と、前記各ラインごとに前記各位置検出マークのマーク間隔を平均した値を求め、前記各ラインごとに求めた前記マーク間隔を平均した値の平均値を算出し、前記各ラインごとのマーク間隔を平均した値の、前記平均値に対する偏差に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定工程と、前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出工程と、を有する。
また、本発明の位置検出方法は、物体の複数のショットのそれぞれに設けられた位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出方法において、前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得工程と、前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換工程と、前記複数のショットごとに設けられた位置検出マークから算出した位置情報と前記位置検出マークの設計位置情報とに基づいて、前記各ラインごとに物体のシフト、傾きおよび倍率を求め、当該シフト、傾きおよび倍率を用いて各ラインごとの残留誤差量を算出する残留誤差算出工程と、前記各ラインごとに算出した残留誤差量に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定工程と、前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出工程と、を有する。
【００２０】
本発明の位置検出装置は、物体の複数の位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出装置において、前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得手段と、前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換手段と、前記各ラインごとに前記各位置検出マークのマーク間隔を平均した値を求め、前記各ラインごとに求めた前記マーク間隔を平均した値の平均値を算出し、前記各ラインごとのマーク間隔を平均した値の、前記平均値に対する偏差に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定手段と、前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出手段と、を有する。
また、本発明の位置検出装置は、物体の複数のショットのそれぞれに設けられた位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出装置において、前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得手段と、前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換手段と、前記複数のショットごとに設けられた位置検出マークから算出した位置情報と前記位置検出マークの設計位置情報とに基づいて、前記各ラインごとに物体のシフト、傾きおよび倍率を求め、当該シフト、傾きおよび倍率を用いて各ラインごとの残留誤差量を算出する残留誤差算出手段と、前記各ラインごとに算出した残留誤差量に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定手段と、前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出手段と、を有する。
【００２１】
また、好ましくは、上記位置検出方法及び装置は、前記位置情報に対応する位置検出マークの基準位置に対する誤差情報を算出する。
【００２２】
本発明の露光装置は、上記位置検出装置により算出された誤差情報に基づいて前記物体を位置決めするために駆動されるステージ装置を備え、当該ステージ装置は前記物体としての基板または原版あるいはその双方を位置決めする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。［露光装置の概略構成］
図１は、本実施形態の半導体露光装置の概略図である。
【００２８】
図１において、半導体露光装置１（以下、露光装置１とも呼ぶ）は、所定の回路パターンが形成されたレチクル１０を縮小投影する縮小投影光学系１１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１２を保持するウエハチャック１３とウエハ１２を所定の位置（アライメント位置）に位置決めするウエハステージ１４と、ウエハ１２上に形成されたアライメントマーク位置を検出するアライメント検出光学系（アライメントスコープ）１５を備える。
【００２９】
次に、アライメント検出光学系１５によるアライメントマークの検出原理について説明する。
【００３０】
図２は、アライメント検出光学系１５の主要な構成要素を示す概略図である。
【００３１】
図２において、光源１８からの照明光は、ビームスプリッタ１９で反射されてレンズ２０に入射し、レンズ２０からウエハ１２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２０、ビームスプリッタ１９、レンズ２１を通って、ビームスプリッタ２２で分割され、それぞれイメージセンサ２３，２４で受光される。ここで、アライメントマーク３０は、レンズ２０，２１により１００倍程度の結像倍率で拡大され、イメージセンサ２３，２４に結像される。イメージセンサ２３，２４はそれぞれ、アライメントマーク３０のＸ方向の位置ずれ検出、アライメントマーク３０のＹ方向の位置ずれ検出に用いられ、光軸に対して略９０度回転させた状態で配置されている。
【００３２】
イメージセンサ２３，２４は、アライメントマーク３０の光学像を光電変換した撮像信号を信号処理部１６に送出し、信号処理部１６ではこの撮像信号に基づいてアライメントマーク３０の位置情報を算出し、中央演算処理装置１７では信号処理部１６で算出された位置情報からウエハの位置ずれを補正するようにウエハステージ１４を位置決めする。
［第１実施形態］
次に、第１実施形態のアライメントマーク位置の検出方法を説明する。
【００３３】
尚、上記Ｘ方向とＹ方向のアライメントマーク位置の検出原理は同じなのでＸ方向のマーク位置検出方法についてのみ説明する。
【００３４】
アライメントマーク３０としては、図３または図４に示す形状のマークが用いられ、図３ではマーク検出方向であるＸ方向に４μｍ、当該マーク検出方向に略直交するＹ方向に１２μｍの矩形のマークがＸ方向に等間隔で２０μｍピッチで４本並べて配列されている。マーク部の断面はエッチングにより凹状をなしている。なお、実際には、マーク部上にレジストが塗布されているが図示を省略している。一方、図４に示すマークは、図３のマーク外形に対して０．６μｍの線幅の輪郭部分を形成した形状となっている。
【００３５】
図３と図４のいずれのアライメントマークを用いても、アライメント検出光学系１５のレンズのＮＡに入らない大きな角度となり、マーク部におけるエッジ部での散乱光の発生やエッジ部での散乱光での干渉によって、イメージセンサ２３で撮像された像情報は図７に示す如くなる。また、図３のアライメントマークではそのエッジ部が暗く、図４のアライメントマークでは凹部が暗く又は明るくなる。これは、明視野画像で多く観察される像の特徴である。
【００３６】
さて、このように撮像されたアライメントマークの像情報は信号処理部１６により以下のように処理される。
【００３７】
図５は、アライメントマークの２次元画像を示す図であり、図６は、イメージセンサの構成を示す図である。
【００３８】
本実施形態のイメージセンサ２３，２４は、アライメントマーク３０の２次元画像情報を取り込むH(Ｘ方向)512画素、V方向（Ｙ方向）60画素のＣＣＤカメラであり、画素ピッチはH,V方向が共に24μmである。図６では、説明を容易化するために、７＊６（H*V）の画素数とし、さらに、アライメントマーク３０の像も模式的に表現されている。
【００３９】
図６において、３１はフォトダイオード、３２は垂直転送ＣＣＤ、３３は水平転送ＣＣＤ、３４は出力回路、３５はデジタル信号への変換器、３６はメモリ、３７はＣＰＵである。
【００４０】
フォトダイオード３１で光電変換された電荷は垂直転送ＣＣＤ３２で垂直方向に転送され、水平転送ＣＣＤ３３に次々に転送されて１行分（図６では７画素分、実際には５１２画素分）が入力されるごとに、電荷を水平方向に転送し、出力回路３４を介して撮像信号が出力される。このようにして１ラインずつの撮像信号が変換器３５でデジタル信号に変換された後にメモリ３６に記憶される。ＣＰＵ３７は、不図示の垂直および水平方向のＣＣＤ駆動回路を制御し、各ライン番号にそのラインの撮像信号が対応するように管理している。
【００４１】
以上のようにして、イメージセンサ２３上の２次元画像情報として、各ライン（検出方向）での光強度分布として、図７に示すようにラインごとの撮像信号（ライン信号）が取得される。
【００４２】
次に、各ライン信号からアライメントマークの位置情報を算出する信号処理について説明する。
【００４３】
本実施形態におけるアライメントマークの位置情報の算出には、テンプレートマッチング法が用いられる。テンプレートマッチング法は、図８のＳで示す像情報を表すライン信号と予め装置側で持っているテンプレート（図８のＴ）との相関演算を行うもので、最も相関の高い位置情報をアライメントマークの中心位置として検出する。図８のＥで示す相関値の関数においてピーク画素から左右に数画素の領域の重心画素位置を求めることにより、１／１０から１／５０画素の分解能を達成できる。
【００４４】
テンプレートマッチングに用いられる算術式は下記式１で表される。
【００４５】
【数２】

【００４６】
ここで、Ｓはイメージセンサで検知したライン信号、Ｔはテンプレート、Ｅは相関結果である。
【００４７】
信号Ｓ、テンプレートＴ、相関値Ｅの関係を図示すると図８に示す如くなる。図８では４本のアライメントマークのうち、１本のアライメントマークの撮像信号に関する処理を示している。なお、テンプレートとしては、撮像信号波形の対称性を利用して、図８のＳで示される左半分を検出方向に対して折り返して相関演算を行い、アライメントマークの位置情報を算出する方法も提案されており（例えば、特開平８−９４３１５号公報）、アライメントマークの位置情報の算出は本実施形態のテンプレートマッチング方式に限定されるものではない。
【００４８】
以下同様に他の３本のアライメントマークのライン信号についても、テンプレートマッチング法によりイメージセンサにより検知された各ライン信号から各位置情報が算出される。
【００４９】
先ず、テンプレートマッチング法により、各ラインのアライメントマークの位置情報X1(n),X2(n),X3(n),X4(n)を求める（単位は画素）。ここでnはライン番号である。その後、各アライメントマークの平均位置を下記式２から求める。
【００５０】
Xa(n)=[X1(n)+X2(n)+X3(n)+X4(n)]/4・・・（２）
各イメージセンサの撮像信号からアライメントマーク３０の位置ずれXw(n)は、アライメントスコープ１５の結像倍率をM、イメージセンサ２３のアライメントマークの検出方向の画素ピッチをPxとすると、
Xw(n)＝Ｘa(n)／（Px・M）・・・（３）
として求められる。本実施形態の場合は、倍率M=100,画素ピッチ24μmなので、センサ上における１画素の位置ずれは、ウエハ上のアライメントマークの位置ずれとして24μm/100=240nmに相当する。
【００５１】
次に、アライメントマークに欠陥があった場合の不要なライン信号の決定方法について説明する。
【００５２】
図７は、ラインNo.3の左端のアライメントマークに欠陥があった場合の信号波形例を模式的に示している。図７において、ラインNo.3の信号波形は他の信号波形に比べて形状が異なる。本実施形態では、４本のアライメントマーク間のピッチ（間隔）を判定基準に用いる。アライメントマーク間のピッチP1(n),P2(n),P3(n)は、P1(n)=X2(n)-X1(n)、P2(n)=X3(n)-X2(n)、P3(n)=X4(n)-X3(n)として容易に求められる。
【００５３】
そして、各マーク間のピッチP1(n),P2(n),P3(n)を平均してPa(n)を求めて、各ライン信号から得られたPa(n)の平均値Paaを算出し、その平均値Ｐaaからの偏差が所定範囲内のライン信号のみを使用し、その他のライン信号は不要となる。
【００５４】
図９は、図７のライン信号から得られるアライメントマークピッチとその度数分布を示したものであり、この場合は標準偏差σ外のライン信号を不要ラインとして、位置ずれ検出処理の対象から除外する。
【００５５】
本実施形態では、なるべく高速に検出処理を行うため、イメージセンサの画素ピッチを24μmとして、画素数を512画素×60画素とイメージセンサとしては非常に画素数の少ないセンサを使用している。そのため、分解能を向上させる目的で、イメージセンサの取り付けに工夫をしている。すなわち、図１０に示すようにアライメントマークの検出方向Ｘに対して、イメージセンサのＸ'方向の軸を角度θだけ回転した状態にしている。その回転角度θは、マークの非検出方向（Ｙ方向）の両端（50画素分）でＸ'方向に１画素分に相当する20mradの角度に設定されている。これにより、全ラインが使用できた場合、理論的には回転が無い場合に比べて、1/50まで検出分解能を向上させることができる。一方、回転角度θがあることにより、各ラインにおいてライン信号にオフセットが生じる。全ラインを処理する場合には問題無いが、本例のように有効なライン信号をピックアップする場合には問題が発生する。そこで、この回転角度θに応じて、各ラインごとに位置ずれオフセット値S(n)を設定する。このオフセット値S(n)は、ライン数50で１画素の位置ずれ量240nmなのでnをライン番号として下記式４で表される。
【００５６】
S(n)=240/50×n[nm]・・・（４）
したがって、アライメントマークの位置ずれXwは、有効なライン信号の信号処理結果のみを用いて、
Xw=1/N×Σ[Xa(n)+S(n)]・・・（５）
として求められる。ここでＮは有効ライン数である。
【００５７】
イメージセンサの各画素は、一般的にダーク成分や、光電変換効率にばらつきがあるため、例えばレジストパターン等の欠陥の無い理想的な形状のアライメントマークを撮像して、予め画素間での差を補正値として取得しておくことが好ましい。その際、同時にイメージセンサとアライメントマークの回転角度差に伴うライン毎のオフセット値S(n)も同時に取得できる。
【００５８】
以上Ｘ方向のアライメントマークの位置検出方法について説明したが、Ｙ方向のアライメントマーク（Ｘ方向のアライメントマークを９０度回転したもの）の位置検出についても、イメージセンサ２４を用いて同様に行うことができる。
【００５９】
また、本実施形態では、より信号処理を高速に行うために、画素ピッチが荒く総画素数の少ないイメージセンサを使用した場合の例で説明したが、画素ピッチが3.5μmで総画素数が400万を超えるＣＣＤも生産されており、より分解の高い位置検出をする場合には、このような画素ピッチの細かいセンサを用いるのが好ましい。この場合、非検出方向の画素ピッチが細かくなり、ライン数が1000本を超える場合があるが、このような時は、数十本のライン信号で平均して１０〜５０程度の信号数にし、その中で有効なライン信号、不要なライン信号の判定をすればよい。
【００６０】
さらにイメージセンサとしては、ＣＣＤの他にC-MOS型のセンサを用いることもできる。
【００６１】
ここで、図１１のフローチャートを用いて、上記有効なライン信号のみを用いたアライメントマークの位置ずれ量の算出方法について説明する。
【００６２】
図１１において、ステップＳ６０でアライメントスコープ１５の下に検出すべきウエハ１２上のアライメントマーク３０が位置決めされる。この際、前もって、アライメントスコープ１５の有効視野内にアライメントマーク３０が収まるように、プリアライメントなどにより、ウエハ１２の位置ずれを補正しておくものとする。
【００６３】
ステップＳ６１では、アライメントスコープ１５によりアライメントマーク３０の２次元画像を取得する。
【００６４】
ステップＳ６２では、ステップＳ６１で取得した２次元画像を各ラインごとに光強度信号に変換する。
【００６５】
ステップ６３では、各ライン信号が有効であるか不要であるかを選定する。
【００６６】
ステップＳ６４では、有効なライン信号のみを用いてアライメントマーク３０の位置すれ量を算出する。
【００６７】
以上のように、アライメントマークの一部に欠陥があった場合であっても、その欠陥部の信号を効果的に除去して欠陥の影響を受けずに高精度にアライメントマークの位置を検出することができる。
【００６８】
続いて、上記のように算出されたアライメントマークの位置ずれからウエハをアライメントする方法について説明する。
【００６９】
本実施形態ではグローバルアライメント(AGA)を適用している。グローバルアライメントでは、ウエハ上の全チップ（ショット）の内、数ショットを選択して（選択したショットをサンプルショットと呼ぶ）、そのショット内にあるアライメントマークの位置情報が検出される。
【００７０】
図１２は、上記露光装置１のウエハステージのｘｙ座標系に対して、ウエハ上のショット配列がずれている様子を示し、ウエハの位置ずれとしては、ｘ方向のシフトSxと、ｙ方向のシフトSyと、ｘ軸に対する傾きθxと、ｙ軸に対する傾きθyと、ｘ方向の倍率Bｘと、ｙ方向の倍率Bｙとの６つのパラメータで記述できる。なお、各倍率Bｘ、Bｙは露光装置のウエハステージの送り方向を基準にウエハの伸縮を表し、このウエハの伸縮は半導体プロセスの成膜やエッチングにより引き起こされる。
【００７１】
ここで、上記のように検出されたAGAの各サンプルショットの位置情報をAi（iは検出ショットNo.）、すなわち、
【００７２】
【数３】

とし、サンプルショットのアライメントマーク設計位置座標をDiとして、
【００７３】
【数４】

と記述する。
【００７４】
AGA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次の座標変換D'iを行う。
【００７５】
【数５】

【００７６】
上記式８では、簡単のためθx、θy、Bx、Byは微小量であるためcosθ=1、sinθ=θ、θx*Bｘ=θx、θy*By=θy等の近似式が用いられる。
【００７７】
図１３には、上記式８の１次の座標変換を行う様子を示している。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（残留誤差）Riは下記式９で算出される。
【００７８】
Ri=(Di+Ai)-D'i・・・（９）
AGAでは各サンプルショットでの残留誤差Riが最小になるように最小２乗法を適用して、残留誤差Riの平均２乗和が最小となるAGAパラメータ（Sx、Sy、θx、θy、Bx、By）を算出する。
【００７９】
【数６】

【００８０】
上記式１０，１１に、各サンプルショットでのアライメントマークの位置情報（xi,yi）、及びアライメントマーク設計位置（Xi,Yi）を代入して、AGAパラメータ（Sx、Sy、θx、θy、Bx、By）を求め、そのAGAパラメータに基づいて位置ずれを補正して各ショットの位置決めを行い、レチクル上のパターンをウエハ上に露光転写する。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のアライメントマーク位置の検出方法について説明する。
【００８１】
本実施形態は第１実施形態と同様に、半導体露光装置のアライメントに適用される。第１実施例形態は、２次元画像を取得した後の有効ライン／不要ラインの選定方法が異なる。第１実施形態では有効ラインの判定方法にアライメントマークのピッチを利用しているのに対して、第２実施形態では、AGAパラメータから算出されるAGAの残留誤差Riを利用している。
【００８２】
露光装置およびアライメントマーク検出光学系ならびにアライメントマークの構成は第１実施形態と同じであるため説明は省略する。
【００８３】
先ず、第１実施形態と同様にウエハ１２上のアライメントマーク３０の２次元画像をAGAの全てのサンプルショットに対して取得する。続いて、ラインごとの信号に変換した後にテンプレートマッチング法により各ラインごとのアライメントマークの位置情報X1(n),X2(n),X3(n),X4(n)を求める（単位は画素）。さらに上記式２によって各ショットごとの各ライン信号からアライメントマークのＸ方向の位置情報Xai(n)を算出する。ここで添え字iはショット番号を表す。同様にアライメントマークのＹ方向の位置情報Yai(n)を算出する。
【００８４】
そして、上記式１０、１１の（xi,yi）に各サンプルショットでの位置情報{Xai(n),Yai(n)}とアライメントマーク設計位置（Xi,Yi）を代入して、ラインnごとにAGAパラメータ（Sx(n)、Sy(n)、θx(n)、θy(n)、Bx(n)、By(n)）を求め、さらに、上記式９にこれらを代入することにより、各ラインでの残留誤差量Ri(n)=(Rxi(n),Ryi(n))が求まる。ここで、この残留誤差量Ri(n)のばらつき3σｘ(n)を各ラインごとに算出する。
【００８５】
図１４は、各ラインの残留誤差量Ri(n)のばらつき3σｘ(n)をヒストグラムで示し、アライメントマークに欠陥などの異常があるライン信号では、あたかもショットの配列が直線からずれたかのような結果になるため残留誤差が大きくなる。図１４のように、残留誤差が所定閾値以下になるライン信号のみを有効とし、その閾値を超えるライン信号は不要なライン信号と判定する。
【００８６】
以上の方法により、有効なライン信号の信号処理結果のみを用いて、各ショットの位置ずれ量を上記式５により求めて、その位置ずれ量と上記式１０、１１から最終的なAGAパラメータ（Sx、Sy、θx、θy、Bx、By）を求め、そのAGAパラメータに基づいて位置ずれを補正して各ショットの位置決めを行い、レチクル上のパターンをウエハ上に露光転写する。なお、上記所定閾値としては、その露光装置内のウエハステージの位置決め再現性精度の２倍程度の値にする。
【００８７】
第１と第２の実施形態の相違点を別の視点から観察すると、第１実施形態では、１つのショット内のアライメントマークのみを使って不要なライン信号を判定しているのに対して、第２実施形態では、ウエハ上の数ショットのアライメントマークのライン信号を利用することになる。逆に言えば、第１実施形態ではアライメントマークとしては同じ形状のパターンが特定のピッチで複数配置されている必要があったが、第２実施では、１つの矩形パターンがあれば良く、ショット内でのアライメントマークの占有面積を減少させられるという特有の効果がある。
【００８８】
また、第１及び第２実施形態で示したライン信号の有効／不要の判定方法の他に、テンプレートマッチング法によって最良にマッチングした信号とテンプレートとの差分値を各ラインごとに求めて、その差分値が所定閾値以下になるライン信号を有効ラインと判定するようにしても良い。
【００８９】
更に、第１と第２実施形態で示した露光装置１は、縮小投影光学系を持つことを例示したが、露光装置はこれに限らず、例えば、Ｘ線を露光光源とし、マスク上のパターンを１：１で投影するＸ線露光装置や、ウエハ上に複数のショットをＥＢで描画するＥＢ描画露光装置などの場合にも同様に適用できる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態として、ウエハ上の既存の回路パターンに対する次工程の回路パターンの相対位置精度（重ね合わせ精度）を検証するための重ね合わせ検証マーク位置の検出方法について説明する。
【００９０】
図１５は、第３実施形態の重ね合わせ検証マーク位置の検出方法に用いるアライメント検出光学系の主要な構成要素を示す概略図で、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付して示している。
【００９１】
図１５において、第３実施形態のアライメント検出光学系は、ウエハ上の既存の回路パターンに対する次工程の回路パターンの相対位置精度（重ね合わせ精度）を検証する装置に用いられ、光源１８からの照明光は、ビームスプリッタ１９で反射されてレンズ２０に入射し、レンズ２０からウエハ１２上の重ね合わせ検証マーク５０を照明する。重ね合わせ検証マーク５０からの回折光は、レンズ２０、ビームスプリッタ１９、レンズ２１を通って、ビームスプリッタ２２で分割され、それぞれイメージセンサ２３，２４で受光される。ここで、重ね合わせ検証マーク５０は、レンズ２０，２１により１００倍程度の結像倍率で拡大され、イメージセンサ２３，２４に結像される。イメージセンサ２３，２４はそれぞれ、重ね合わせ検証マーク５０のＸ方向の位置ずれ検出、重ね合わせ検証マーク５０のＹ方向の位置ずれ検出に用いられ、光軸に対して略９０度回転させた状態で配置されている。
【００９２】
また、ウエハ１２はウエハチャック５１に保持され、ウエハチャック５１はＸＹステージ５２によりウエハ１２の位置をアライメント検出光学系１５に対して位置決めできるように構成されている。
【００９３】
次に、第３実施形態の重ね合わせ検証マーク位置の検出方法を説明する。
【００９４】
尚、上記Ｘ方向とＹ方向の重ね合わせ検証マーク位置の検出原理は同じなのでＸ方向のマーク位置検出方法についてのみ説明する。
【００９５】
重ね合わせ検証マーク５０としては、図１６に示す形状のマーク５０ａ，５０ｂが用いられ、図１６では半導体製造工程の前工程のレイヤー位置を示す下地マーク５０ａとしてマーク検出方向であるＸ方向に１μｍ、当該マーク検出方向に略直交するＹ方向に１５μｍの矩形のマークがＸ方向に等間隔で２０μｍピッチで２本並べて配列されている。
【００９６】
また、前工程のマーク５０ａに対して位置決めされた後に現在のレイヤー位置を示すマーク５０ｂとして、下地マーク５０ａの内側にＸ方向に１μm幅、Ｙ方向に７μmの矩形のマークが１０μｍピッチで２本並べて配列されている。
【００９７】
下地マーク５０ａは半導体プロセスで作製されたエッチングマークで、現在のレイヤー位置を示すマーク５０ｂはレジストパターンである。前工程のレイヤーに対する現在のレイヤーの位置ずれは、２つの矩形マーク５０ａの中心位置に対して、２つの矩形マークの中心位置のずれ量(dｘ,ｄy)を検出することにより求められる。
【００９８】
図１７は、図１６の重ね合わせ検証マークをイメージセンサ２３で撮像した２次元画像と各ラインごとのライン信号の強度分布を例示し、下地マーク５０ａのライン信号５０ａ’はテンプレートＴ１により、また、レジストパターン５０ｂのライン信号５０ｂ’はテンプレートＴ２により、テンプレートマッチング法を用いて夫々の位置情報（左からX1(n),X2(n),X3(n),X4(n)、nはラインNo.）が検出される。
【００９９】
その後、各ラインごとに２つの下地マーク５０ａ間の距離P1(n)=X4(n)-X1(n)を求め、２つのレジストパターン５０ｂ間の距離P2(n)=X3(n)-X2(n)を求める。本実施形態のライン信号の有効／不要の判定には、第１実施形態と同様に、各ライン信号から取得したP1(n)の平均値P1aとP2(n)の平均値P2aを算出し、その平均値からの偏差が所定範囲内のライン信号のみを使用し、その他のラインのライン信号を不要とする。例えば、標準偏差σ外のライン信号を不要として、位置ずれ検出処理の対象から除外している。こうして、有効なライン信号のみの平均値を算出して、各マーク５０ａ，５０ｂの位置情報(X1a,X2a,X3a,X4a)を求める。
【０１００】
下地マーク５０ａに対するレジストマーク５０ｂの位置ずれdXは、レンズ２０，２１による結像倍率をＭ、イメージセンサ２３の検出方向の画素ピッチをＰxとして、
dX＝(Xb-Xa)／（Px・Ｍ）・・・（１２）
により求められる。Xb、Xaはそれぞれ、２つのレジストマーク５０ｂのライン信号５０ｂ’の中間位置Xb=(X2a+X3a)/2、２つの下地マーク５０ａのライン信号５０ａ’の中間位置Xa=(X1a+X4a)/2である。
【０１０１】
同様に、ｙ方向についても、イメージセンサ２３と光軸に対して略９０度回転させたイメージセンサ２４で検出した２次元画像を用いて、不要ラインを除去して、Ｙ方向の位置ずれdYを検出することができる。
【０１０２】
なお、第３実施形態の位置検出においても、第２実施形態の方法でライン信号の有効／不要の判定をすることも可能である。すなわち、ウエハ上の各ショットの位置ずれ（xi,yi）を検出し、重ね合わせ検証マーク位置（Xi,Yi）と共に上記式１０，１１に代入して、補正パラメータ（Sx、Sy、θx、θy、Bx、By）を求め（線形成分）、それを上記式９に代入して残留誤差Ri（非線形成分）を求める。これにより求まる補正パラメータ（Sx、Sy、θx、θy、Bx、By）は、そのウエハを露光した露光装置のグローバルアライメント誤差となり、残留誤差Riは露光装置のウエハステージ位置決め再現性精度の２倍の値に相当する。更に、マークに欠陥があった場合には、残留誤差Riがウエハステージ位置決め再現性精度の２倍の値を超えることから判断できる。このように、イメージセンサの各ラインについて残留誤差Riを算出し、露光評価を行う露光装置のウエハステージ位置決め再現性精度の２倍の値を閾値として、この値を超えるライン信号を不要と判断し、残りの有効なライン信号で算出した位置ずれ量の平均値を検出結果としても良い。
［半導体生産システム］
次に、上記説明した位置検出装置を有する露光装置を利用した半導体等のデバイス（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）の生産システムの例を説明する。これは、半導体製造工場に設置された製造装置のトラブル対応や定期メンテナンス、若しくはソフトウェア提供等の保守サービスを、製造工場外のコンピュータネットワーク等を利用して行うものである。
【０１０３】
図１９は、全体システムをある角度から切り出して表現したものである。図中、１０１は半導体デバイスの製造装置を提供するベンダ（装置供給メーカ）の事業所である。製造装置の実例として、半導体製造工場で使用する各種プロセス用の半導体製造装置、例えば、前工程用機器（露光装置、レジスト処理装置、エッチング装置等のリソグラフィ装置、熱処理装置、成膜装置、平坦化装置等）や後工程用機器（組立て装置、検査装置等）を想定している。事業所１０１内には、製造装置の保守データベースを提供するホスト管理システム１０８、複数の操作端末コンピュータ１１０、これらを結んでイントラネット等を構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０９を備える。ホスト管理システム１０８は、ＬＡＮ１０９を事業所の外部ネットワークであるインターネット１０５に接続するためのゲートウェイと、外部からのアクセスを制限するセキュリティ機能を備える。
【０１０４】
一方、１０２〜１０４は、製造装置のユーザとしての半導体製造メーカの製造工場である。製造工場１０２〜１０４は、互いに異なるメーカに属する工場であってもよいし、同一のメーカに属する工場（例えば、前工程用の工場、後工程用の工場等）であってもよい。各工場１０２〜１０４内には、夫々、複数の製造装置１０６と、それらを結んでイントラネット等を構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１１と、各製造装置１０６の稼動状況を監視する監視装置としてホスト管理システム１０７とが設けられている。各工場１０２〜１０４に設けられたホスト管理システム１０７は、各工場内のＬＡＮ１１１を工場の外部ネットワークであるインターネット１０５に接続するためのゲートウェイを備える。これにより各工場のＬＡＮ１１１からインターネット１０５を介してベンダ１０１側のホスト管理システム１０８にアクセスが可能となり、ホスト管理システム１０８のセキュリティ機能によって限られたユーザだけがアクセスが許可となっている。具体的には、インターネット１０５を介して、各製造装置１０６の稼動状況を示すステータス情報（例えば、トラブルが発生した製造装置の症状）を工場側からベンダ側に通知する他、その通知に対応する応答情報（例えば、トラブルに対する対処方法を指示する情報、対処用のソフトウェアやデータ）や、最新のソフトウェア、ヘルプ情報等の保守情報をベンダ側から受け取ることができる。各工場１０２〜１０４とベンダ１０１との間のデータ通信及び各工場内のＬＡＮ１１１でのデータ通信には、インターネットで一般的に使用されている通信プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）が使用される。なお、工場外の外部ネットワークとしてインターネットを利用する代わりに、第三者からのアクセスができずにセキュリティの高い専用線ネットワーク（ＩＳＤＮ等）を利用することもできる。また、ホスト管理システムはベンダが提供するものに限らずユーザがデータベースを構築して外部ネットワーク上に置き、ユーザの複数の工場から該データベースへのアクセスを許可するようにしてもよい。
【０１０５】
さて、図２０は、本実施形態の全体システムを図１９とは別の角度から切り出して表現した概念図である。先の例では、それぞれが製造装置を備えた複数のユーザ工場と、該製造装置のベンダの管理システムとを外部ネットワークで接続して、該外部ネットワークを介して各工場の生産管理や少なくとも１台の製造装置の情報をデータ通信するものであった。これに対し本例は、複数のベンダの製造装置を備えた工場と、該複数の製造装置のそれぞれのベンダの管理システムとを工場外の外部ネットワークで接続して、各製造装置の保守情報をデータ通信するものである。図中、２０１は製造装置ユーザ（半導体デバイス製造メーカ）の製造工場であり、工場の製造ラインには各種プロセスを行う製造装置、ここでは例として露光装置２０２、レジスト処理装置２０３、成膜処理装置２０４が導入されている。なお、図２０では、製造工場２０１は１つだけ描いているが、実際は複数の工場が同様にネットワーク化されている。工場内の各装置はＬＡＮ２０６で接続されてイントラネット等を構成し、ホスト管理システム２０５で製造ラインの稼動管理がされている。一方、露光装置メーカ２１０、レジスト処理装置メーカ２２０、成膜装置メーカ２３０等、ベンダ（装置供給メーカ）の各事業所には、それぞれ供給した機器の遠隔保守を行うためのホスト管理システム２１１，２２１，２３１を備え、これらは上述したように保守データベースと外部ネットワークのゲートウェイを備える。ユーザの製造工場内の各装置を管理するホスト管理システム２０５と、各装置のベンダの管理システム２１１，２２１，２３１とは、外部ネットワーク２００であるインターネット若しくは専用線ネットワークによって接続されている。このシステムにおいて、製造ラインの一連の製造機器の中のどれかにトラブルが起きると、製造ラインの稼動が休止してしまうが、トラブルが起きた機器のベンダからインターネット２００を介した遠隔保守を受けることで迅速な対応が可能で、製造ラインの休止を最小限に抑えることができる。
【０１０６】
半導体製造工場に設置された各製造装置はそれぞれ、ディスプレイと、ネットワークインタフェースと、記憶装置にストアされたネットワークアクセス用ソフトウェアならびに装置動作用のソフトウェアを実行するコンピュータを備える。記憶装置としては内蔵メモリやハードディスク、若しくはネットワークファイルサーバ等である。上記ネットワークアクセス用ソフトウェアは、専用又は汎用のウェブブラウザを含み、例えば図２１に一例を示す様な画面のユーザインタフェースをディスプレイ上に提供する。各工場で製造装置を管理するオペレータは、画面を参照しながら、製造装置の機種４０１、シリアルナンバー４０２、トラブルの件名４０３、発生日４０４、緊急度４０５、症状４０６、対処法４０７、経過４０８等の情報を画面上の入力項目に入力する。入力された情報はインターネットを介して保守データベースに送信され、その結果の適切な保守情報が保守データベースから返信されディスプレイ上に提示される。また、ウェブブラウザが提供するユーザインタフェースは、さらに図示の毎くハイパーリンク機能４１０，４１１，４１２を実現し、オペレータは各項目の更に詳細な情報にアクセスしたり、ベンダが提供するソフトウェアライブラリから製造装置に使用する最新バージョンのソフトウェアを引出したり、工場のオペレータの参考に供する操作ガイド（ヘルプ情報）を引出したりすることができる。ここで、保守データベースが提供する保守情報には、上記説明した本発明に関する情報も含まれ、また前記ソフトウェアライブラリは本発明を実現するための最新のソフトウェアも提供する。
【０１０７】
次に、上記説明した生産システムを利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図２２は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。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を形成したマスクを製作する。一方、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、上記用意したマスクとウエハを用いて、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。次のステップ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、これを出荷（ステップＳ７）する。前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また、前工程工場と後工程工場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。
【０１０８】
図２３は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップＳ１３（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Ｓ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップＳ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。各工程で使用する製造機器は上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされているので、トラブルを未然に防ぐと共に、もしトラブルが発生しても迅速な復旧が可能で、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【０１０９】
上記実施形態によれば、プロセス要因でウエハ平面度の欠陥があった場合には、強制露光が可能であることから、エッチング時に、周辺に正常に露光されたショットに及ぼす影響を最小限にすることができるため、ウエハの歩留まりが向上する。
【０１１０】
チャック要因でウエハ平面度の欠陥があった場合には、フォーカス制御エラーが発生した場所をウエハ枚葉間で記憶する機能を具備しているので、上記効果に加えてウエハチャックの汚染を速やかに発見することができる。
【０１１１】
また、床からの外乱等の影響でフォーカス制御エラーが発生した場合は、スキャン露光の前であれば露光を中止しリトライする機能を具備しているので、露光不良ショットの率を低減することができ、歩留まりが向上する。
【０１１２】
さらに、上記リトライや強制露光の判断を自動で行う機能を具備したことにより、オペレータの判断待ちで装置が停止している時間を最小限にすることができ、装置の稼働率が向上する。
【０１１３】
【他の実施形態】
本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（本発明の位置検出方法）を、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。
【０１１４】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１１５】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【０１１６】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０１１７】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明のクレームに含まれるものである。
【０１１８】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０１１９】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０１２０】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、グローバルアライメントを実行する上で、位置検出マークに欠陥がある場合においても、その欠陥の影響を受けずにそのマーク位置を高精度に検出することができる。
【０１２２】
特に、半導体露光装置のウエハやレチクルなどのアライメントに適用した場合には、半導体プロセスによるマークの欠陥などに影響を受けにくくなり、アライメント精度を向上させることができ、半導体素子製造工程において歩止まりを向上させることができる。
【０１２３】
また、アライメントマークの形状を安定化させるために必要だった半導体プロセスの条件設定の時間を短縮化できるため、半導体素子製造の生産性も向上させることができる。
【０１２４】
更に、本発明を半導体製造工程で使用される重ね合わせ精度を検証する装置に適用した場合には、半導体プロセスによる重ね合わせ検証マークの欠陥による検出エラーを減少でき、より正確に良品・不良品の判別ができるとともに、その検出値を露光装置にオフセットとして反映させることで、重ね合わせ精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の半導体露光装置の概略図。
【図２】本実施形態のアライメント検出光学系の概略図。
【図３】本実施形態のアライメントマークを示す図。
【図４】本実施形態のアライメントマークを示す図
【図５】アライメントマークの２次元画像を示す図。
【図６】イメージセンサの構成を示す図。
【図７】アライメントマークに欠陥があった場合の信号波形例を模式的に示す図。
【図８】第１実施形態のアライメントマーク位置の検出に用いられるテンプレートを示す図。
【図９】図７の信号波形例から得られるアライメントマークピッチとその度数分布を示す図。
【図１０】イメージセンサの配置例を示す図。
【図１１】第１実施形態のアライメントマーク位置の検出手順を示すフローチャート。
【図１２】グローバルアライメントを説明する図。
【図１３】線形座標変換と残留誤差を示す図。
【図１４】各ラインの残留誤差量Ri(n)のばらつき3σｘ(n)をヒストグラムで示す図。
【図１５】第３実施形態の重ね合わせ検証マーク位置の検出方法に用いるアライメント検出光学系の概略図。
【図１６】第３実施形態の重ね合わせ検証マークを示す図。
【図１７】図１６の重ね合わせ検証マークをイメージセンサで撮像した２次元画像と各ラインごとのライン信号の強度分布を例示する図。
【図１８】半導体製造工程で取得されたアライメントマークを示す図。
【図１９】本発明の一実施形態に係る露光装置を含む半導体デバイスの生産システムをある角度から見た概念図。
【図２０】本発明の一実施形態に係る露光装置を含む半導体デバイスの生産システムを別の角度から見た概念図。
【図２１】本発明の一実施形態に係る露光装置を含む半導体デバイスの生産システムにおけるユーザインタフェースの具体例を示す図。
【図２２】本発明の一実施形態に係る露光装置によるデバイスの製造プロセスの流れを説明するフローチャート。
【図２３】本発明の一実施形態に係る露光装置によるウエハプロセスを説明する図。
【符号の説明】
１半導体露光装置
１０レチクル
１１縮小投影光学系
１２ウエハ
１３ウエハチャック
１４ウエハステージ
１５アライメント検出光学系
１６信号処理部
１７中央演算処理装置
１８光源
１９，２２ビームスプリッタ
２０，２１レンズ
２３，２４イメージセンサ
３０アライメントマーク

Claims

物体の複数の位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出方法において、
前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得工程と、
前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換工程と、
前記各ラインごとに前記各位置検出マークのマーク間隔を平均した値を求め、前記各ラインごとに求めた前記マーク間隔を平均した値の平均値を算出し、前記各ラインごとのマーク間隔を平均した値の、前記平均値に対する偏差に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定工程と、
前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出工程と、を有することを特徴とする位置検出方法。
物体の複数のショットのそれぞれに設けられた位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出方法において、
前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得工程と、
前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換工程と、
前記複数のショットごとに設けられた位置検出マークから算出した位置情報と前記位置検出マークの設計位置情報とに基づいて、前記各ラインごとに物体のシフト、傾きおよび倍率を求め、当該シフト、傾きおよび倍率を用いて各ラインごとの残留誤差量を算出する残留誤差算出工程と、
前記各ラインごとに算出した残留誤差量に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定工程と、
前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出工程と、を有することを特徴とする位置検出方法。
前記物体は半導体製造工程に供される半導体基板であり、前記位置検出マークは前工程にエッチングにより形成された前工程マークと当該前工程後の工程にレジストにより形成された現工程マークとの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
前記物体は半導体製造工程に供される半導体基板であり、前記位置検出マークは前工程にエッチングにより形成された前工程マークと当該前工程後の工程にレジストにより形成された現工程マークとを含み、前記残留誤差算出工程では前記前工程マークと前記現工程マークとの誤差情報を算出することを特徴とする請求項２に記載の位置検出方法。
前記位置検出マークの検出方向と略直交する方向にも位置検出マークが設けられ、前記像情報取得工程では当該略直交する方向の位置検出マークの像情報を更に算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
前記像情報取得工程では、前記位置検出マークの検出方向に対して所定角度回転した像情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
物体の複数の位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出装置において、
前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得手段と、
前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換手段と、
前記各ラインごとに前記各位置検出マークのマーク間隔を平均した値を求め、前記各ラインごとに求めた前記マーク間隔を平均した値の平均値を算出し、前記各ラインごとのマーク間隔を平均した値の、前記平均値に対する偏差に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定手段と、
前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出手段と、を有することを特徴とする位置検出装置。
物体の複数のショットのそれぞれに設けられた位置検出マークからの光を受光して当該物体の位置を検出する位置検出装置において、
前記複数の位置検出マークからの光を撮像して各位置検出マークの像情報を得る像情報取得手段と、
前記各像情報を前記複数の位置検出マークの検出方向と略直交する方向に分割した複数のラインの各ラインごとの光強度信号に変換する変換手段と、
前記複数のショットごとに設けられた位置検出マークから算出した位置情報と前記位置検出マークの設計位置情報とに基づいて、前記各ラインごとに物体のシフト、傾きおよび倍率を求め、当該シフト、傾きおよび倍率を用いて各ラインごとの残留誤差量を算出する残留誤差算出手段と、
前記各ラインごとに算出した残留誤差量に基づき前記各ラインの光強度信号が有効か判定する判定手段と、
前記有効なラインの光強度信号から前記複数の位置検出マークの位置情報を算出する位置情報算出手段と、を有することを特徴とする位置検出装置。
請求項８に記載の位置検出装置により算出された残留誤差量に基づいて前記物体を位置決めするために駆動されるステージ装置を備え、当該ステージ装置は前記物体としての基板または原版あるいはその双方を位置決めすることを特徴とする露光装置。