JP2000021767A

JP2000021767A - 位置観察方法及び位置観察装置

Info

Publication number: JP2000021767A
Application number: JP10204497A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mori; 鉄也森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】位置合わせ用マークが理想とする形状からずれ
る変形が起こっても計測誤差なく、短時間で測定を行な
うことを可能にする物体の位置観察方法及び位置観察装
置を提供すること。【解決手段】ウエハ上に線幅の異なる複数のラインから
構成される評価チャートを形成し、位置合わせに用いる
位置観察装置の光学系を用いて該評価チャートを観察し
て得られる電気信号を評価し、位置合わせに用いる最適
な線幅を選択することを特徴とする位置観察方法及び位
置観察装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は物体の位置観察方法
及び位置観察装置、特に半導体素子の製造過程で用いら
れる半導体露光装置における位置合わせ装置や、重ね合
せ精度を検定する検査装置などの観察対象物体の平面内
の位置の測定に用いられる位置観察方法及び位置観察装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、それに伴って微細加工技術の進展も著しい。
微細加工技術の中心となっている半導体露光装置は1MDR
AM半導体素子の製造を境にサブミクロンの解像力を実現
するまでに発展している。この中で解像力が微細になる
に伴い、年々厳しくなっているのが、複数の露光工程間
の整合性の許容度、いわゆるオーバーレイの問題であ
る。

【０００３】図2は半導体露光装置において原画マスク
と転写されるウエハとの整合に一般に用いられるウエハ
の位置観察装置の光学系を示したものである。

【０００４】ハロゲンランプあるいはHeNeレーザーで構
成される光源1から導光される光束ILは照明レンズ2、ミ
ラー3、ハーフミラー4、対物レンズ5を介して観察物体
であるウエハ6を照明する。ウエハ6上には図3に示す位
置合わせ用マーク101が配置されている。ウエハ6で反射
された光束ILは位置合わせ用マーク101の情報を含んで
おり、再び対物レンズ5、ハーフミラー4を介してから、
検出レンズ7に到達する。結像レンズ7はCCDカメラ等の
撮像素子8上に位置合わせ用マーク101の表面像を所定の
倍率で結像する。撮像素子8で得られた信号から位置合
わせマーク101の位置を測定し、ウエハ6の位置を決定す
るのが従来の位置観察装置の手法であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら微細化の
進展から要求される位置合わせ精度が高度化するに従っ
て、従来問題にならなかった要素を無視できない項目と
して考慮する必要が生じている。その一つの項目に位置
合わせマーク101がプロセスを踏むに従って想定してい
た理想状態から崩れていく問題がある。

【０００６】位置合わせマーク101は初めにウエハ6上に
形成された段階では理想とする線幅や段差量を保持して
いるが、プロセスを経て絶縁膜や金属膜が堆積される
と、理想とする形状からずれてしまう。撮像素子8で得
られた信号を用いて位置合わせマーク101の位置を計測
する場合、位置合わせマーク101の形状が理想とする形
状からある程度ずれて変形していても計測は可能である
が、該ずれのため誤差が生じる。マークの変形に対応す
るため位置合わせマーク101を予め何種類も用意し、用
意した中から一番理想状態に近いものを選択する方法も
提案されているが、他種類のマークをウエハ6上に配置
するのが領域的に困難であったり、且つどれが理想状態
であるかを判断するのに時間がかかるという問題があ
る。

【０００７】理想状態から位置合わせマーク101の形状
がずれたことに起因する計測誤差は今まで無視できるほ
ど小さいものであったが、微細化にともない影響が無視
できない大きさとなってきた。本発明は位置合わせマー
ク101が理想とする形状からずれる変形が起こっても計
測誤差なく、短時間で測定を行なうことを可能にする位
置観察方法及び位置観察装置を提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の位置観察方法及び位置観察装置では、ウエハ上
に線幅の異なる複数のラインから構成される評価チャー
トを形成し、位置合わせに用いる位置観察装置の光学系
を用いて該評価チャートを観察して得られる電気信号を
評価し、位置合わせに用いる最適な線幅を選択すること
を特徴としている。

【０００９】更に本発明においては該チャートの観察で
選択された最適線幅で形成されている位置合わせ用マー
クと前記光学系を用いてウエハとマスクの位置合わせを
実施することを特徴としている。

【００１０】本発明では位置合わせ用マークが理想とす
る形状から誤差を持っていても、実際の信号形状を評価
して最適線幅を選択することが可能であるため、理想形
状でないために生じる計測誤差を最小にでき、ウエハと
マスクの高精度な位置合わせを達成することができる。

【００１１】また、本発明で使用するチャートは複数種
の線幅を近接配置して構成している為、短時間で相対評
価が可能となり、複数種の線幅を構成して個別に最適化
する従来の方法に比べて、より高速で確実な最適化が達
成可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１で、線
幅の異なる複数のラインを近接配置して構成した評価チ
ャート100を示したものである。図1(a)はウエハ6上に形
成された評価チャート100を上から観察した状態、図1
(b)は評価チャート100をA-Aのラインで切った断面形状
を示している。評価チャート100は線幅LwがLw1、Lw２、
Lw3、…、Lwnの異なるn本の線で構成されていることが
特徴である。図1(b)では評価チャート100を単純な凹凸
の段差形状で表現したが、半導体素子を製造する際の位
置合わせを必要とするプロセス工程では、該段差形状の
上にレジストと呼ばれる透明層が塗布されているのが一
般的である。プロセスが進めば評価チャート100や位置
合わせ用マーク101はレジスト以外にも透明層や金属膜
などの様々な多層構造の上に構成されて、当初の形状か
らずれて変形するが、基本的な構成は図1(a)〜(c)で表
現される。

【００１３】本実施形態の位置観察装置は評価チャート
100が表面に構成されているウエハ6を図2に示す光学系
で観察することを特徴としている。

【００１４】ウエハ6は光学系の被検位置に配置した状
態でフォーカス及びアライメント調整を実施し、撮像素
子8に結像された評価チャート100の投影像の観察を行な
う。評価チャート100の位置調整はチャート全体が観察
できる程度のラフなものでよい。従って位置観察装置で
は異なる線幅を持つチャートが同一視野内に入り、異な
る線幅から得られる信号を同時に観察することができ
る。

【００１５】図1(d)は評価チャート100を観察した信号
で、チャートの線幅に対応した複数種の信号が同時に観
察されている。Lw1、Lw2等の太い線幅では段差のエッジ
部の距離に合わせて、信号でエッジ部に対応する散乱し
て強度が落ちる部分の幅が広くなっている。評価チャー
ト100の線幅が細くなるに従って信号の幅は狭くなり、
更にチャート線幅が細くなって実際の段差形状がなくな
ってきたり、位置観察装置の光学系の解像力よりも細い
線幅になると、図1(d)の右側の信号の様に信号が細くな
るだけでなく、信号のコントラストも低下する。従って
被検物体の線幅が異なれば、図1(d)の様に検出できる信
号の形状が変わってしまう。

【００１６】理想的な信号を導く段差や線幅は理論的に
は存在するが、前述したマークの変形によりマスク上で
の設計値が必ずしも実際のウエハ上での線幅となって再
現するわけではない。本実施形態では図1(d)で示した評
価チャート100の中から、理想信号に最も近い信号を選
択することを特徴としている。

【００１７】最適信号の判断には様々な基準が適用でき
る。パターンマッチ処理の場合には信号幅が最も重要で
あり、対称度を確認する処理の場合には信号幅よりも信
号の対称性が優先される。S/N比が厳しい微弱信号に対
する処理では信号のコントラストが優先される。

【００１８】例えば、ある信号処理で信号ができるだけ
細く、且つ強度変化としてのコントラストが最も大きな
形状の信号が位置検出精度が高いことが分かっているプ
ロセスに対しては図1(d)の信号の中で、S4を選択するこ
とが決定される。S4の信号を与えるチャートLw4の線幅
が最も良いことが分かったため、線幅Lw4で構成された
位置合わせ用マーク101で位置計測を行なえば、ウエハ6
を最も精度良く位置合わせすることができる。

【００１９】最適と判断する基準は複数想定されるた
め、マークは必ずしも常にS4が選択されるものではな
い。

【００２０】本実施形態では信号の検出を撮像素子によ
る明視野観察としたが、検出法は他に暗視野観察等も適
用可能である。また、２光束干渉法を用いた検出法でも
同様の評価チャートを作成し、最適マーク形状を選択す
ることが可能である。

【００２１】本発明の実施形態2は、評価チャート100に
構成された複数の線幅に各々対応した位置合わせ用マー
ク101をウエハ6上に同時に作成し、評価チャート100の
観察で最適線幅を選択した後、続いて選択された最適線
幅で形成されている位置合わせ用マークと、前記光学系
を用いてウエハの位置合わせを実施することを特徴とし
ている。

【００２２】実施形態1においては評価チャート100を設
けたウェハ6に、必ずしも位置合わせ用マーク101を構成
する必要はなかった。評価チャート100が配置されたウ
エハ6を最適線幅を決定後、装置から外し、同一プロセ
スを施した実際の素子を含んだウエハを搬入して該ウエ
ハ上にある最適線幅の位置合わせ用マークを観察して位
置合わせ及びマスク原画の露光を実施する方法も適用で
きる。

【００２３】また、最適線幅を決める観察光学系は露光
装置内の同一の光学系であれば、必ずしも半導体露光装
置に搭載されたものを使用する必要はなく、同一の光学
系をもつ別個の装置で半導体露光装置とは独立に観察を
行なって、最適線幅を決めることも可能である。

【００２４】しかしながら上記実施形態はウエハの交換
を伴うため、効率的とは言えず、また、安定しないプロ
セスの場合は、同一プロセスであってもウエハ間で最適
線幅が異なってしまう場合もある。

【００２５】実施形態2では評価チャート100上に配置さ
れた複数の線幅に各々対応した位置合わせマーク101を
ウエハ6上に同時に配置することを特徴としている。ウ
エハ6は半導体露光装置に搬入し、評価チャート100を観
察して最適線幅を選択、決定した後、選択された最適線
幅で形成されている位置合わせ用マークを観察して、ウ
エハの位置合わせを実施する。

【００２６】本実施形態ではウエハの受け渡しによる時
間的なロスが少なく、効率的な処理を行なうことができ
る。また、安定しないプロセスに対しても各ウエハ毎に
最適線幅を選択することが可能な為、高精度なウエハ位
置合わせを達成できる。

【００２７】本実施形態のように複数種の線幅の位置合
わせマークを設けたウエハの場合には、評価チャート10
0を用いずに各マーク毎に検出信号を確認し、最適マー
ク線幅を求めることも可能である。しかしながら、マー
ク毎に観察を行なうために測定時間がかかり、マーク間
相互の相対評価も難しい。

【００２８】本発明では評価チャート100をウエハ上に
設けることにより複数の線幅の信号を一度に計測できる
ため、測定時間を短縮でき、同一計測の効果で相対評価
も容易なため効率的に最適マーク線幅を決定することが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した様に本発明の位置観察方法
及び位置観察装置ではウエハ上に線幅の異なる複数の線
幅から構成される評価チャートを配置し、該位置観察装
置の光学系を用いて該評価チャートを観察して得られた
信号を評価して位置合わせ信号用いる最適線幅を決定す
る。該最適線幅で形成されている位置合わせ用マークと
前記光学系を用いて位置合わせを実施することにより、
ウエハとマスクの高精度な位置合わせの達成が可能とな
った。本発明では従って、位置合わせ用マークが理想的
な形状から誤差をもっていても、評価チャートから得ら
れる複数の線幅の信号を実際に比較しながら最適線幅を
決定できるため、位置合わせ用マークが理想形状でない
ために生ずる計測誤差を最小にすることができる。

【００３０】また、複数種の線幅を近接して構成した評
価チャートを使用する効果で、短時間で各線幅間の相対
評価が可能となり、従来行なっていた各種の線幅で位置
合わせ用マークを形成し、個々のマークを計測して個別
に最適化を図る場合と比較して、より高速で正確な線幅
の最適化が達成できる。

【００３１】更に本発明では高速に線幅を最適化できる
ことを利用して、ウエハ毎に線幅を最適化できるため、
プロセスの安定しないウエハに対しても位置合わせ精度
を向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置観察装置で用いる評価チャート
を示す図、

【図２】本発明の位置観察装置の光学系を示す図、

【図３】本発明で用いる位置合わせマークを示す図、

【符号の説明】

1 光源 2 照明レンズ 3 ミラー 4 ハーフミラー 5 対物レンズ 6 ウエハ 7 レンズ 8 撮像素子 100 評価チャート 101 位置合わせ用マーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置検出を行なうべき物体の位置を位置合
わせ用マークを用いて観察する位置観察方法において、
前記物体上に複数の異なる線幅を有する評価チャートを
設け、前記評価チャートを観察して得られる評価信号よ
り、前記位置合わせ用マークの最適線幅を決定すること
を特徴とする物体の位置観察方法。
【請求項２】前記最適線幅を前記評価信号のコントラス
トを評価することにより決定することを特徴とする請求
項１記載の物体の位置観察方法。
【請求項３】前記最適線幅を前記評価信号の対称度を評
価することにより決定することを特徴とする請求項１記
載の物体の位置観察方法。
【請求項４】前記最適線幅を前記評価信号の信号幅を評
価することにより決定することを特徴とする請求項１記
載の物体の位置観察方法。
【請求項５】前記最適線幅を決定した後、前記最適線幅
を持つ位置合わせ用マークを用いて物体の位置計測を行
なうことを特徴とする請求項１〜４記載の物体の位置観
察方法。
【請求項６】前記最適線幅の決定を該物体毎に個別に行
なうことを特徴とする請求項５記載の物体の位置観察方
法。
【請求項７】前記複数の異なる線幅を持つ評価チャート
の異なる線幅から得られる信号を同時観察すること特徴
とする請求項１記載の物体の位置観察方法。
【請求項８】位置検出を行なうべき物体の位置を位置合
わせ用マークを用いて観察する位置観察装置において、
前記観察装置は前記物体を観察する光学系と、前記光学
系からの出力を電気信号に変換する光電変換手段を有す
るとともに、前記物体上に設けられた複数の異なる線幅
を有する評価チャートを観察して得られる評価信号よ
り、前記位置合わせ用マークの最適線幅を決定すること
を特徴とする物体の位置観察装置。
【請求項９】前記最適線幅を前記評価信号のコントラス
トを評価することにより決定することを特徴とする請求
項８記載の物体の位置観察装置。
【請求項１０】前記最適線幅を前記評価信号の対称度を
評価することにより決定することを特徴とする請求項８
記載の物体の位置観察装置。
【請求項１１】前記最適線幅を前記評価信号の信号幅を
評価することにより決定することを特徴とする請求項８
記載の物体の位置観察装置。
【請求項１２】前記複数の異なる線幅を持つ評価チャー
トの異なる線幅から得られる信号を同時観察すること特
徴とする請求項８〜１１記載の物体の位置観察装置。
【請求項１３】前記最適線幅を決定した後、前記最適線
幅を持つ位置合わせ用マークを用いて物体の位置計測を
行なうことを特徴とする請求項１２記載の物体の位置観
察装置。
【請求項１４】前記位置観察装置を搭載したことを特徴
とする請求項１３記載の半導体露光装置。
【請求項１５】前記最適線幅の決定を前記物体であるウ
エハの搬入毎に行なうことを特徴とする請求項１４記載
の半導体露光装置。
【請求項１６】前記半導体露光装置の位置観察装置と同
一の光学系を有し、前記最適線幅を決定することを特徴
とする請求項１４記載の位置観察装置。
【請求項１７】位置観察装置を用いて位置合わせ用マー
クを観察し位置検出を行なう物体において、前記物体上
に複数の異なる線幅を有する評価チャートを設けたこと
を特徴とする物体。
【請求項１８】前記評価チャート中の異なる線幅のマー
クが近接して配置され前記位置観察装置の同一視野内で
観察可能であることを特徴とする請求項１７記載の物
体。
【請求項１９】半導体露光装置に搭載した位置観察装置
を用いて位置合わせ用マークを観察し位置合わせを行な
うウエハにおいて、前記ウエハ上に複数の異なる線幅を
もつ評価チャートを設けたことを特徴とするウエハ。
【請求項２０】前記評価チャート中の異なる線幅のマー
クが近接して配置され前記位置観察装置の同一視野内で
観察可能であることを特徴とする請求項１９記載のウエ
ハ。
【請求項２１】前記評価チャートと前記位置合わせ用マ
ークがともに形成されていることを特徴とする請求項２
０記載のウエハ。