JP4891040B2 - 計測装置、計測方法、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置、計測方法、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

微細化の進む半導体を製造する半導体露光装置ではウエハ上にレチクルパターンを投影露光する前に、ウエハとレチクルとの位置合わせが行われる。

位置合わせ技術としてプリアライメント、ファインアライメントの2種類の技術がある。
プリアライメントは、ウエハがウエハ搬送装置から半導体露光装置内のステージに備えられるウエハチャックに置かれる際に発生する送り込みずれ量を検出し、後続のファインアライメントが正常に処理できる精度内にウエハを粗く位置合わせする役割をする。ファインアライメントは、ステージ上のウエハチャックに置かれたウエハの位置を正しく計測し、レチクルとの位置合わせ誤差が許容範囲内になるように精密な位置合わせをする役割を持つ。プリアライメントの精度は数ミクロン程度である。ファインアライメントの精度はウエハ加工精度の要求で異なるが、最小線幅の1/3の重ね合わせ精度が要求される。例えば90nmデバイスでは、要求重ね合わせ精度は30nmであるので、ファインアライメント精度としては10nm以下の精度を要求される。この数値例のようにファインアライメントでは、10 nm以下の非常に高精度な検出が必要とされる。

図１７により、従来のファインアライメントにおけるマーク撮像方法について説明する。３次元に移動可能なステージ１１には観察のためのマークＷＭが設けられた露光基板としてのウエハＷが載置されている。

最初に、マークＷＭを撮像できる位置にステージ１１を移動させる。次いで、照明部２から照射されたアライメント光の光束により、結像光学系４、偏光ビームスプリッタ３、対物レンズObj、レチクルＲ及び投影光学系１を介して、マークＷＭを照明する。図１８はマークＷＭの一例を示したものであり、同一形状のパターンを複数配置したものである。

マークＷＭから反射した光束は、再度投影光学系１、レチクルＲを介して対物レンズObj、四分の一波長板ＰＰを通り、偏光ビームスプリッタ３で反射して結像光学系５を介して撮像部６の撮像面上にマークＷＭの像を形成する。

撮像部６は、マークＷＭの像の光電変換を行う。光電変換されたマークＷＭの像は、Ａ／Ｄ変換部７において、２次元のデジタル信号列に変換され、次いで、積算部８によって、図１８に示すｙ方向に積算処理され、図１９に示すように２次元のデジタル信号列が１次元のデジタル信号列Ｓ0(x)に変換される。その変換された１次元のデジタル信号列を用いてマークＷＭの中心位置を計測していた。

しかしながら、照明部２には照明の不均一性が存在し、投影光学系１及び結像光学系４，５には各種収差が存在し、撮像部６には取り込みの不均一性等が存在するので、撮像部６の撮像面上に形成された画像信号は劣化している。もし、劣化が無くマークの反射光の全てを投影光学系１と結像光学系４，５で取得できたならば、対称な波形、例えば矩形波のような形状の信号が得られる。ところが、反射光を検出する開口数ＮＡは制限されているので、劣化が無くても、信号S0(x)は矩形波ではなく、図１９に示すように対称ではあるが丸みをおびた信号となる。

実際には前記の検出光学系における劣化が存在するので、信号S0(x)は劣化し、図２０に示すようにコントラストが低下するとともに非対称な信号S1(x)になる。更に、劣化の程度が撮像部６の撮像面上の位置により異なる場合は、図２１に示すようにコントラストが低下するとともに劣化による非対称性が位置により異なる信号S2(x)になる。

このような劣化を受けた信号を、パターンマッチング等の処理を行い計測すると計測誤差が生じる。本明細書において、「２次元のデジタル信号列」を「２次元画像」、「１次元のデジタル信号列」を「１次元画像」と呼ぶこととする。また、「照明部」、「投影光学系」及び「結像光学系」をまとめて「検出光学系」と呼ぶこととする。

本発明は、基板上のマークの信号から該マークの位置を正確に検出することを目的とする。

本発明の第１の側面は、基板上のマークの像を信号として検出して前記マークの位置を計測する計測装置であって、像を形成する検出光学系と、検出光学系の伝達特性を記憶する記憶部と、伝達特性に基づく復元処理を行って信号を補正する演算部と、を備え、演算部は、像が形成される面内の各区分に反射ピンホール又は反射スリットがそれぞれ含まれるように基板を移動させて得られた反射ピンホール又は反射スリットの像から、各区分に関して、点応答関数を算出し、各区分に関して算出された点応答関数に基づいて、点応答関数が共通とみなせる複数の区分を集めることにより、複数の領域を決定し、各区分に関して算出された点応答関数に基づいて、決定された複数の領域のそれぞれに対応する点応答関数を求め、複数の領域のそれぞれに対応する点応答関数に基づいて復元処理を行う、ことを特徴とする。

本発明の第２の側面は、基板上のマークの像を信号として検出してマークの位置を計測する計測方法であって、像を形成する検出光学系の伝達特性を求めて記憶する第１の工程と、伝達特性に基づく復元処理を行って信号を補正する第２の工程と、第２の工程で補正された信号に基づいてマークの位置を求める第３の工程と、を含み、第１の工程は、像が形成される面内の各区分に反射ピンホール又は反射スリットがそれぞれ含まれるように基板を移動させて得られた反射ピンホール又は反射スリットの像から、各区分に関して、点応答関数を算出し、各区分に関して算出された点応答関数に基づいて、点応答関数が共通とみなせる複数の区分を集めることにより、複数の領域を決定し、各区分に関して算出された点応答関数に基づいて、決定された複数の領域のそれぞれに対応する点応答関数を求め、第２の工程は、複数の領域のそれぞれに対応する伝達特性に基づいて前記復元処理を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、基板上のマークの信号から該マークの位置を正確に検出することができる。

移動可能なステージに載置され、マークが刻まれているウエハが基板である場合の実施形態を用いて本発明を説明する。

画像の劣化は検出光学系の様々な要因によって発生する。まず、照明が不均一であれば、ウエハの表面が均一であっても、反射光は不均一となって撮像部に達する（以下、「劣化１」という。）。また、投影光学系及び結像光学系では、反射光の全てを取り込めるわけではなく、高周波成分が失われた反射光が撮像部に達する（以下、「劣化２」という。）。更に、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差、色収差、波面収差等の収差により、反射光は理想的な像からのズレを生じて撮像部に達する（以下、「劣化３」という。）。劣化３のない理想的な状況では、点状物体は点像を作り、光軸に垂直な平面物体は平面の像を作り、光軸に垂直な平面上の図形はそれと相似な像の図形を作る。最後に、反射光はCCDカメラなどの撮像手段で２次元画像として取り込まれるが、この際に取り込みの不均一性が生じる（以下、「劣化４」という）。

前に述べたマークの像が矩形波となるのは、上記の劣化１ないし劣化４が全く発生しない場合である。また、図１９に示した１次元画像S0が出現するのは、劣化２のみが発生する場合である。図２０の１次元画像S1が出現するのは、劣化１ないし劣化４が２次元画像上の位置に依存しない劣化として発生する場合である。以下、位置に依存しない劣化を、「シフトインバリアントな劣化」ということとする。

図２１に示す１次元画像S2が出現するのは、劣化１ないし劣化４が２次元画像上の位置に依存する劣化（以下、「シフトバリアントな劣化」という。）として発生する場合である。

図1及び図２に、２次元画像の１２箇所における伝達特性を劣化の点応答関数として表した例を示す。図１は、シフトインバリアントな劣化の場合であり、どの位置の点応答関数も同じである。この点応答関数により、２次元画像のどの１２箇所の画素値も同じ劣化を受ける。このような劣化により、図１９の１次元画像S0は図２０の１次元画像S1に変化する。

図２は、シフトバリアントな劣化の場合であり、位置毎に点応答関数が異なる。これら点応答関数により、２次元画像の１２箇所の画素値は、それぞれ異なる劣化を受ける。このように位置によって異なる劣化により、図１９の１次元画像S0は図２１の１次元画像S2に変化する。

次に、撮像部で取り込まれ計測系により劣化した２次元画像及び１次元画像を復元する方法の概略について、シフトインバリアントな劣化を例に説明する。

撮像部で取り込まれた２次元画像をImg(x,y)、点応答関数をh(x,y)、２次元復元画像をｓ(x,y)とすると、これらの関係は、一般的にImg(x,y)=ｓ(x,y)*h(x,y)で表現できる。ここで、*は畳み込み積分、x,yは座標を意味する。

フーリエ変換を用いて表現すると、Img(u,v)=s(u,v)H(u,v)となる。ここで、u,vは周波数、Img(u,v)、s(u,v)、H(u,v)は、それぞれImg(x,y)、s(x,y)、h(x,y)のフーリエスペクトルである。

本発明では、次の式（１）に基づき2次元復元画像s(x,y)を算出した。ただし、点応答関数のフーリエスペクトルH(u,v)は、高周波成分が失われていないと仮定した。

同様の前提にたって、１次元復元画像を式（２）に基づき算出した。

復元方法の概要は以上のとおりであるが、以下に、式（１）又は式（２）を実行するために必要な「点応答関数h(x,y)又はh(x)を予め計測し算出する方法」を説明する。

本発明では、上記劣化２は無視できるほど少ないと仮定して点応答関数h(x,y)又はh(x)を計測した。まず、図１７に示すマークWMの代りに反射ピンホールRP又は反射スリットRSをおく。図３はステージ３１の上に反射ピンホールRPをおいた例である。図４はステージ４１の上に反射スリットRSをおいた例である。反射ピンホールRPの場合は、投影光学系９１を通過した光束は結象光学で結像し、光学像はδ関数とみなせる。反射スリットRSの場合は、１次元の矩形関数になった光学像とみなせる。そのため、上記劣化１、劣化３及び劣化４が無く、劣化２が無視できる場合、反射ピンホールRPは、図５のように撮像部CCD上に1x1画素の領域でIntensityを持つ。また、反射スリットRSは、図６に示すように１画素幅のラインでIntensityを持つ。

図７は、劣化１から劣化４までの劣化を受けた反射ピンホールRPの２次元画像の例である。

点応答関数をh(x,y)、反射ピンホールRPの２次元画像をRPImg(x,y)とし、反射ピンホールRPの像が２次元画像の中央位置に来るように移動した画像を改めてRPImg(x,y)と定義し直す。そして、点応答関数をh(x,y)=RPImg(x,y)/ΣRPImg(x,y)・・・式（３）とした。このようにIntensityの総和で規格化することで、照明系のエネルギー変動の影響を軽減できる。

図８（a）は、劣化１から劣化４までの劣化を受けた反射スリットRSの２次元画像の例である。図８（b）は、図８（a）をy方向に積算平均した１次元画像の例である。

点応答関数をh(x)、反射スリットRSの１次元画像をRPImg(x)とする。反射スリットRSの像が１次元画像の中央位置に来るように移動した画像を改めてRPImg(x)と定義し直し、h(x)=RPImg(x)/ΣRPImg(x)・・・式（４）とした。

以下に示す実施形態は、劣化２は無視できるほど少ないことを前提としている。
〔実施形態１〕
この実施形態では、シフトインバリアントな劣化の場合の復元を、以下に示すステップ０ないしステップ４で行った。

本実施形態に係わる、基板上のマークを用いてレクチルと基板との相対位置を調整してレクチル上のパターンを介し基板を露光する露光装置の構成は図９のとおりである。この露光装置は演算部９１４及び記憶部９１５をさらに備える点で、図１７に示した従来の半導体露光装置と異なる。また、照明部９２、投影光学系９１及び結像光学系９４，９５、撮像部９６はマークを信号として検出する検出光学系を構成する。

［ステップ０］：ステップ１からステップ４を実行する前に反射ピンホール又は反射スリットを移動させる
まず、点応答関数を計測する撮像部９６上の位置を図９の記憶部９１５に記憶する。そして、ステージ位置記憶部９１３は、記憶部９１５から撮像部９６の撮像面上の位置を読み込む。そして、ステージ駆動部９１０と位置計測部９１２を用いて、ステージ９１１上の反射ピンホールRP又は反射スリットRSを記憶部９１５から読み込んだ撮像部９６の撮像面上の位置にステージ９１１で移動させる。

［ステップ１］：反射ピンホールの２次元画像又は反射スリットの１次元画像を取得する
照明部９２から照射した光束により、ビームスリッター９３、投影光学系９１を介して、反射ピンホールRP又は反射スリットRSを照明する。反射ピンホールRP又は反射スリットRSから反射した光束は、再び投影光学系９１を介してビームスリッター９３に到達し、ここで反射して結像光学系９５を介して撮影部９６の撮像面上に反射ピンホールRP又は反射スリットRSの像を形成する。そして、撮像部９６は、反射ピンホールRP又は反射スリットRSの像の光電変換を行う。撮像中であることを示す信号とステージ９１１の位置は、撮像部９６からステージ位置記憶部９１３に送られ記憶される。撮像された反射ピンホールRP又は反射スリットRSは、その後、A/D変換部９７において、２次元画像に変換され記憶部９１５に一時記憶される。もし、図１１に示すような反射スリットRSの場合は、積算部９８を用いて図１１に示すｙ方向に積算し、画像信号を図８(b)に示すような１次元画像に変換し記憶部９１５に一時記憶する。

図１０には反射ピンホールRPの例を、図１１には反射スリットRSの例を示した。図７又は図８（a）は、撮像部９６の撮像面***の位置で結像している例である。図１２は、反射ピンホールRPの撮像対象領域ROIを説明する図である。図１２のROIは、反射ピンホールRPの撮像対象領域を示す。このROIが撮像部９６により２次元画像として撮影される。同様に、図１３のROIは、反射スリットRSの撮像対象領域を示し、撮像部９６により２次元画像として撮影される。

［ステップ２］：規格化した点応答関数を算出する
ステップ１で記憶部９１５に一時記憶した２次元画像中の反射ピンホールRPの像が２次元画像の中央位置に来るように移動した画像、又は、反射スリットRSの像が１次元画像の中央位置に来るように移動した画像を演算部９１４で算出する。そして、演算部９１４で、前記画像を用いて式（３）又は式（４）を実行し、規格化した点応答関数h(x,y)或いはh(x)を算出し、記憶部９１５に記憶する。

［ステップ３］：マークの２次元画像Img(x,y)又は１次元画像Img(x)を取得する
まず、ステージ１１上の被観察マークを撮像できる位置にステージ１１を移動させる。次に、２次元画像Img(x,y)を取得する場合は、上記ステップ１の反射ピンホールRPをマークWMに置き換え、上記ステップ１の内容を実行し記憶部９１５に一時記憶する。１次元画像Img(x)を取得する場合は、上記ステップ１の反射スリットRSをマークWMに置き換え、上記ステップ１の内容を実行し記憶部９１５に一時記憶する。

図１８はマークWMの例である。撮像対象領域ROIは、マークWMの全体又は一部である。

［ステップ４］：２次元復元画像又は１次元復元画像を算出する
ステップ３で記憶部９１５に一次記憶したマークWMの画像が２次元画像Img(x,y)の場合、２次元画像Img(x,y)、及び、ステップ２で記憶部９１５に記憶した点応答関数h(x,y)のフーリエスペクトルH(u,v)を演算部９１４で算出する。次いで、演算部９１４で式（１）を実行し、結果を２次元復元画像とする。

ステップ３で記憶部９１５に一次記憶したマークWMの画像が１次元画像Img(x)の場合、２次元画像Img(x)、及び、ステップ２で記憶部９１５に記憶した点応答関数h(x)のフーリエスペクトルH(u)を演算部９１４で算出する。次いで、演算部９１４で式（２）を実行し、結果を１次元復元画像とする。

以上のステップ０からステップ４により、図２１の１次元画像S1(x)よりも矩形波に近い波形を得ることができ、コントラストも向上する。

こうして得られた２次元復元画像又は１次元復元画像に基づいて、制御部９９がステージ９１１を駆動するステージ駆動部９１０を制御する。
〔実施形態２〕
本実施例は、シフトバリアントな劣化の復元を、以下のステップＡないしステップＦで行った。まず、シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域を決め、その区分的な領域毎に〔実施形態１〕で説明したシフトインバリアントな劣化の場合の復元方法を基に復元を実施した。

本実施形態に係わる半導体露光装置は、〔実施形態１〕で示した図９と同様のものである。

［ステップＡ］：撮像部９６の撮像面上を数個に分割した領域の点応答関数を計測する まず、点応答関数を計測する撮像部９６の撮像面上を数個に分割した領域の中央位置を、図９の記憶部９１５に記憶する。そして、ステージ位置記憶部９１３は、記憶部９１５から撮像部９６の撮像面上の数箇所の位置を読み込む。数箇所中の一つの位置に、ステージ９１１を移動させる。

その後、〔実施形態１〕のステップ１及びステップ２を実行する。この操作を記憶部９１５に記憶した数箇所の位置全てで行う。具体的には、撮像部９６の撮像面上の数個に分割した領域の中央位置を、撮像部９６の撮像面を格子状に分割した数個の領域の中央位置とした。図１４は、撮像部９６の撮像面を格子状に１２分割した例である。PS1からPS12は、各領域の中央位置を示す。図１５（ａ）の撮像対象領域ROI1から図１５（ｌ）の撮像対象領域ROI12の画像を１２枚取り込む。

撮像部９６の撮像面の分割は、格子状でなくてもよく、例えば、周辺部を細かく分割し、中央部は粗く分割をしたものでもよい。

［ステップＢ］：撮像部９６の撮像面上の数箇所の点応答関数から特徴空間を生成し、特徴空間上のそれぞれの座標を算出する
このステップBは、シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域を決めるための準備である。まず、撮像部９６の撮像面上の数箇所の点応答関数のフーリエパワースペクトルを算出し、点応答関数の特徴量とする。次に、数箇所の点応答関数のフーリエパワースペクトルを基に、特徴空間算出方法で一般的に用いられている固有空間を算出する。固有空間は、認識技術で一般的に用いられている技術なので説明は省略する。最後に、数箇所の点応答関数のフーリエパワースペクトルを固有空間上に正射影し、それぞれの座標を算出する。

具体的には、まず、ステップAで記憶部９１５に記憶した撮像部９６の撮像面上のPSi（図１４等のPS1〜PS12）の位置に対応する点応答関数をhＰＳ(x,y)又はhＰＳ（x）とする。点応答関数のフーリエ変換のパワースペクトルを演算部９１４で算出し、HPWＰＳ(u,v)又はHPWＰＳ(u)とする。次に、演算部９１４で全てのHPWＰＳ(u,v)又はHPWＰＳ(u)を基に固有値分解し、固有ベクトルを算出し、記憶部９１５に一次記憶する。最後に、前記固有ベクトルを基底とする固有空間に、各HPWＰＳ(u,v)又は各HPWＰＳ(u)を正射影し、固有空間上の座標位置を記憶部９１５に一次記憶する。

図１４において、PS1からPS12の点応答関数のフーリエスペクトルを基に算出された固有空間が３次元の場合、PS1からPS12の各々に対応する固有空間上の３次元座標の位置を記憶部９１５に一次記憶する。

［ステップＣ］:撮像部９６の撮像面上の数箇所の点応答関数を分類する
このステップCは、シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域を決めるため
の準備である。

まず、ステップＢで算出した固有空間上での各点間の距離が閾値以下の点（点とは、撮像系上の数箇所の各々を言う）を１つのクラスとし、クラス分けを行う。クラスは、認識技術で一般的に用いられる概念であり、同類とみなせるサンプル点の集まりのことを言う。具体的には、まず、ステップＢで記憶部９１５に一次記憶した各点（固有空間に正射影した各HPWＰＳ(u,v)又は各HPWＰＳ(u)）の固有空間上の座標位置を基に、各点間の距離が閾値以下の点を１つのクラスとする。

次に、同じクラスになった点の撮像部９６に撮像面上の位置を記憶部９１５に一次記憶する。

図１６aは、撮像部９６の撮像面上の各点PS1からPS12の点応答関数のフーリエスペクトルを基に算出した固有空間上での各点間の距離が閾値以下のものが無い場合である。上記ステップＡで数個に分割した各R1からR12の領域の各々が１つのクラスとなる。

図１６bは、R1、R4、R9、R12が１つのクラス、R2、R3、R5、R8、R10、R1１が１つのクラス、R6、R7が１つのクラスの例である。

［ステップＤ］：シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域を決定する
まず、ステップCで同一クラスになった点の撮像部９６の撮像面上の領域を、シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域とする。

具体的には、記憶部９１５に一次記憶した同一クラスの各点の撮像部９６の撮像面上の領域の範囲を演算部９１４で算出する。それらの範囲をシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域として、区分的な領域の番号：AreaNoを付けて記憶部９１５に記憶する。この操作を全てのクラスに行う。

図１６aでは、R１からR12のそれぞれが、シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域である。

図１６bでは、R1とR4とR9とR12とが、R２とR3とR5とR8とR10とR11とが、R6とR7とが、それぞれ１つのシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域である。

［ステップＥ］：シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の点応答関数を演算部９１４で算出する
まず、着目するシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域に含まれる数個の点応答関数のフーリエスペクトルを基に平均的な点応答関数のフーリエスペクトルを演算部９１４で求める。求めた平均的な点応答関数のフーリエスペクトルを、着目するシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域を代表する点応答関数のフーリエスペクトルとする。

次に、着目するシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域を変えて、他のシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の点応答関数のフーリエスペクトルを演算部９１４で算出する。

具体的には、ステップＤで画像復元部９１４に記憶した、AreaNo毎に、そのAreaNoに属する数個の点応答関数のフーリエスペクトルから平均の点応答関数のフーリエスペクトルを算出し、記憶部９１５に記憶する。ここで、AreaNoは、シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の番号である。

図１６aでは、区分的な領域R１の点応答関数のフーリエスペクトルは、領域R1の点応答関数のフーリエスペクトルとなる。その他の区分的な領域R2からR12に関しても同様である。

図１６bでは、区分的な領域である、R1とR4とR9とR12との点応答関数のフーリエスペクトルは、以下のいずれかとなる。
［HＰＳ１(u,v)+HＰＳ４(u,v)+HＰＳ９(u,v)+HPS１２(u,v)］/4
［HＰＳ１(u)+HＰＳ４(u)+HＰＳ９(u)+HＰＳ１２(u)］/4
区分的な領域R2とR3とR5とR8とR10とR11、区分的な領域R6とR7も同様に点応答関数のフーリエスペクトルを算出する。

［ステップＦ］:マークの２次元画像Img(x,y)又は１次元画像Img(x)を取得する
［ステップＧ］：シフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の点応答関数で復元画像を算出する
まず、演算部９１４で、着目するシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の点応答関数のフーリエスペクトルを用いて、式（１）又は式（２）を実行し復元画像を算出する。（手順１）
そして、着目するシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域と撮像部９６の撮像面上で同じ範囲の復元画像の値を抽出する。同じ範囲の２次元復元画像の値又は１次元復元画像の値を前記抽出した値とする。（手順２）
着目するシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の点応答関数のフーリエスペクトルを変えて、前記手順１、手順２を実行する。この操作により、２次元復元画像又は１次元復元画像が算出される
具体的には、図１６cは、図１６aで得られた点応答関数のフーリエスペクトルH1(u,v)からH12(u,v)を用いた場合の例である。マークWMの画像のフーリエスペクトルはImgである。Img/H1を行い、その結果を逆フーリエ変換ifftすることで、マーク画像WMのどの位置においてもH1で劣化しているシフトインバリアントな劣化を復元した画像s’1を得ている。しかし、撮像部９６の分割領域ごとに劣化が異なるシフトバリアントな劣化であるため、図１６aの領域R1の座標範囲以外は、シフトバリアントな劣化である。よって、シフトインバリアントな劣化と仮定している領域R１の範囲のみをs’1_cutとする。同様の考え方で、ImgとH2からH12を用いて、復元画像の領域R2からR12における復元画像s’2_cutないしs’12_cutを算出する。

以上のステップＡからステップＧにより、図２０の１次元画像S1(x)よりも矩形波に近い波形を得ることができ、コントラストも向上する。

こうして得られた２次元復元画像又は１次元復元画像に基づいて、制御部９９がステージ９１１を駆動するステージ駆動部９１０を制御する。

［その他の実施形態］
観察するものが限定されているマークの場合、そのマークの信号変化から検出領域を区別して、それぞれの伝達特性を使用して復元しても本発明の目的は達成される。具体的には例えばコンパクトディスクのようにピットと呼ぶものしか検出しなければ、その限定したマークを、検出領域の各位置で信号を検出し、その信号の非対称性を定量化して、問題となる非対称性分で区切った領域分けを行えばよい。このことで必要な空間周波数領域のみで伝達関数の変化を分離することができ、実効的であり、過度な補正を行う必要がなくなる。

［デバイス製造方法の実施形態］
次に、図２２及び図２３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形態を説明する。図２２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２３は、ステップ４の上記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）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（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Ｓ１４（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が形成される。本実施例の製造方法を用いれば、高集積度の半導体デバイスを高精度で製造することができる。

シフトインバリアントな劣化の点応答関数の例を示す図である。 シフトバリアントな劣化の点応答関数の例を示す図である。 ステージ上に反射ピンホールRPをおいた例を示す図である。 ステージ上に反射スリットRSをおいた例を示す図である。 劣化が無い場合の撮像部の撮像面上の反射ピンホールRPの画像の例を示す図である。 劣化が無い場合の撮像部の撮像面上の反射スリットRSの画像の例を示す図である。 撮像部の撮像面上の反射ピンホールRPの劣化画像の例を示す図である。 撮像部の撮像面上の反射スリットRSの劣化画像の例を示す図である。 図８（a）をy方向に積算平均した１次元画像を示す図である。 実施形態１，２に係わる半導体露光装置の構成例である。 反射ピンホールRPの例を示す図である。 反射スリットRSの例を示す図である。 反射ピンホールRPの撮像対象領域を示す図である。 反射スリットRSの撮像対象領域を示す図である。 撮像部の撮像面を格子状に１２分割した例を示す図である。 反射ピンホールの撮像上の位置をずらした例を示す図である。 R1からR12の領域の各々がシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の例を示す図である。 R1、R4、R9及びR12、R2、R3、R5、R8、R10及びR11、並びに、R6及びR7が、それぞれシフトインバリアントな劣化とみなせる区分的な領域の例を示す図である。 実施形態２に係わる処理の概念図である。 従来の半導体露光装置の構成例を示す図である。 マークの例を示す図である。 高周波成分の無い信号の例を示す図である。 シフトインバリアントな劣化を受けた信号の例を示す図である。 シフトバリアントな劣化を受けた信号の例を示す図である。 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２２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

１，９１ 投影光学系
２，９２ 照明部
３，９３ ビームスプリッタ
４，５，９４，９５ 結像光学系
６，９６ 撮像部
７，９７ A/D変換部
８，９８ 積算部
９，９９ 制御部
１０，９１０ ステージ駆動部、
１１，９１１ ステージ
１２，９１２ ステージ位置計測部
９１３ ステージ位置記憶部
９１４ 演算部
９１５ 記憶部
ｈ，ｈ１〜ｈ１２ 点応答関数
ＲＰ 反射ピンホール
ＲＳ 反射スリット
ＲＯＩ 撮像対象領域
Ｗ ウエハ（物体）
WM マーク
Ｒ レチクル、
Ｓ マーク撮像用光学系、
Ｏｂｊ 対物レンズ
ＰＰ λ/4板
ＰＳ 分割領域の中央位置
Ｉｍｇ マーク画像のフーリエスペクトル
ｆｆｔ フーリエ変換
Ｈ１〜Ｈ１２ 点応答関数のフーリエスペクトル
ｉｆｆｔ 逆フーリエ変換
ｓ’１〜ｓ’１２ Ｈ１〜Ｈ１２を用いた復元画像、

Claims (8)

1. 基板上のマークの像を信号として検出して前記マークの位置を計測する計測装置であって、
   前記像を形成する検出光学系と、
   前記検出光学系の伝達特性を記憶する記憶部と、
   前記伝達特性に基づく復元処理を行って前記信号を補正する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、
   前記像が形成される面内の各区分に反射ピンホール又は反射スリットがそれぞれ含まれるように前記基板を移動させて得られた前記反射ピンホール又は反射スリットの像から、前記各区分に関して、点応答関数を算出し、
   前記各区分に関して算出された前記点応答関数に基づいて、点応答関数が共通とみなせる複数の区分を集めることにより、複数の領域を決定し、
   前記各区分に関して算出された前記点応答関数に基づいて、決定された前記複数の領域のそれぞれに対応する点応答関数を求め、
   前記複数の領域のそれぞれに対応する前記伝達特性に基づいて前記復元処理を行う、
   ことを特徴とする計測装置。
2. 前記演算部は、前記各区分に関して算出された前記点応答関数のフーリエパワースペクトルの固有ベクトルを基底とする固有空間上での前記パワースペクトルの距離の差が閾値以下の区分を集めることによって、前記複数の領域を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記演算部は、前記各区分に関して算出された前記点応答関数に基づいて点応答関数が共通とみなせる複数の区分を集めることによるのに替えて、前記像が形成される面内の各位置で得られた前記信号の特性に基づいて、前記複数の領域を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
4. 基板上のマークの像を信号として検出して前記マークの位置を計測する計測方法であって、
   前記像を形成する検出光学系の伝達特性を求めて記憶する第１の工程と、
   前記伝達特性に基づく復元処理を行って前記信号を補正する第２の工程と、
   前記第２の工程で補正された信号に基づいてマークの位置を求める第３の工程と、
   を含み、
   前記第１の工程は、
   前記像が形成される面内の各区分に反射ピンホール又は反射スリットがそれぞれ含まれるように前記基板を移動させて得られた前記反射ピンホール又は反射スリットの像から、前記各区分に関して、点応答関数を算出し、
   前記各区分に関して算出された前記点応答関数に基づいて、点応答関数が共通とみなせる複数の区分を集めることにより、複数の領域を決定し、
   前記各区分に関して算出された前記点応答関数に基づいて、決定された前記複数の領域のそれぞれに対応する点応答関数を求め、
   前記第２の工程は、
   前記複数の領域のそれぞれに対応する前記伝達特性に基づいて前記復元処理を行う、
   ことを特徴とする計測方法。
5. 前記各区分に関して算出された前記点応答関数のフーリエパワースペクトルの固有ベクトルを基底とする固有空間上での前記パワースペクトルの距離の差が閾値以下の区分を集めることによって、前記複数の領域を決定する、ことを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
6. 前記各区分に関して算出された前記点応答関数に基づいて点応答関数が共通とみなせる複数の区分を集めることによるのに替えて、前記像が形成される面内の各位置で得られた前記信号の特性に基づいて、前記複数の領域を決定する、ことを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
7. 基板上のマークの像を信号として検出して前記マークの位置を求め、求められた前記位置に基づいて前記基板を移動して前記基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持し、かつ移動するステージと、
   前記マークの位置を計測する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の計測装置と、
   前記計測装置により計測された前記マークの位置に基づいて前記ステージの位置を制御する制御部と、
   を備える、ことを特徴とする露光装置。
8. 請求項７に記載された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、
   を含む、ことを特徴とするデバイス製造方法。

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