JP2000216077A - 重ね合わせ精度測定装置の焦点位置調整方法及び調整装置 - Google Patents
重ね合わせ精度測定装置の焦点位置調整方法及び調整装置Info
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- JP2000216077A JP2000216077A JP11014159A JP1415999A JP2000216077A JP 2000216077 A JP2000216077 A JP 2000216077A JP 11014159 A JP11014159 A JP 11014159A JP 1415999 A JP1415999 A JP 1415999A JP 2000216077 A JP2000216077 A JP 2000216077A
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光後のレジストパターンと下地基板上のパ
ターンとの重ね合わせ精度測定を行うウェハ上の複数領
域間に生じる焦点のずれをキャンセルし、測定精度を向
上させることを可能にした焦点位置調整方法と調整装置
を提供する。 【解決手段】 ウェハＷの表面にレーザ光源５からのレ
ーザ光ＬＢを照射し、ウェハで反射したレーザ光をスリ
ット６を通して受光部７で受光してその受光輝度からウ
ェハの仮の焦点位置を設定する第１の焦点位置調整工程
と、ウェハに設けられている複数の測定マークを撮像装
置８で撮像し、かつ受光走査して測定マーク画像を得る
とともに、ウェハの適正な焦点位置で前記測定マークを
受光走査して得られるテンプレート画像とを演算部９で
比較し、制御部１１により両画像が最も一致する状態に
ウェハＷの位置を設定する第２の焦点位置調整工程とを
含む。
ターンとの重ね合わせ精度測定を行うウェハ上の複数領
域間に生じる焦点のずれをキャンセルし、測定精度を向
上させることを可能にした焦点位置調整方法と調整装置
を提供する。 【解決手段】 ウェハＷの表面にレーザ光源５からのレ
ーザ光ＬＢを照射し、ウェハで反射したレーザ光をスリ
ット６を通して受光部７で受光してその受光輝度からウ
ェハの仮の焦点位置を設定する第１の焦点位置調整工程
と、ウェハに設けられている複数の測定マークを撮像装
置８で撮像し、かつ受光走査して測定マーク画像を得る
とともに、ウェハの適正な焦点位置で前記測定マークを
受光走査して得られるテンプレート画像とを演算部９で
比較し、制御部１１により両画像が最も一致する状態に
ウェハＷの位置を設定する第２の焦点位置調整工程とを
含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造工
程で行われる露光後のレジストパターンと下地パターン
との重ね合わせ精度を測定する技術に関し、特に重ね合
わせ精度測定装置においてパターン重ね合わせ精度を測
定する際に要求される焦点位置を調整するための調整方
法と調整装置に関する。
程で行われる露光後のレジストパターンと下地パターン
との重ね合わせ精度を測定する技術に関し、特に重ね合
わせ精度測定装置においてパターン重ね合わせ精度を測
定する際に要求される焦点位置を調整するための調整方
法と調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置を構成する各種素子パターン
のパターンルールの微細化に伴い、フォトリソグラフィ
技術で形成する素子パターンの重ね合わせ精度の向上が
ますます重要となってきている。重ね合わせ精度を高め
るためには、ウェハ露光時のレンズ倍率エラーやフィー
ルドローテーションエラーを検査するための重ね合わせ
精度測定装置の焦点位置を高精度に調整する必要があ
り、従来からそのための焦点位置調整技術が提案されて
いる。従来の焦点位置調整装置の一例を図５を参照して
説明する。同図（ａ）において、１はウェハに形成され
ている測定マークを図外のＣＣＤ撮像装置で撮像するた
めの光学系を内包する鏡筒である。また、前記鏡筒１の
光軸を挟んで一方の側にレーザ光源５が、これと対向す
る側にスリット６及び受光部７がそれぞれ配置され、前
記レーザ光源５から出射したレーザ光ＬＢが前記半導体
ウェハＷの表面で反射され、スリット６を通して受光部
７で受光するように構成されている。なお、前記レーザ
光は前記半導体ウェハの表面に塗布したフォトレジスト
に感光しない波長領域のものを使用することもある。
のパターンルールの微細化に伴い、フォトリソグラフィ
技術で形成する素子パターンの重ね合わせ精度の向上が
ますます重要となってきている。重ね合わせ精度を高め
るためには、ウェハ露光時のレンズ倍率エラーやフィー
ルドローテーションエラーを検査するための重ね合わせ
精度測定装置の焦点位置を高精度に調整する必要があ
り、従来からそのための焦点位置調整技術が提案されて
いる。従来の焦点位置調整装置の一例を図５を参照して
説明する。同図（ａ）において、１はウェハに形成され
ている測定マークを図外のＣＣＤ撮像装置で撮像するた
めの光学系を内包する鏡筒である。また、前記鏡筒１の
光軸を挟んで一方の側にレーザ光源５が、これと対向す
る側にスリット６及び受光部７がそれぞれ配置され、前
記レーザ光源５から出射したレーザ光ＬＢが前記半導体
ウェハＷの表面で反射され、スリット６を通して受光部
７で受光するように構成されている。なお、前記レーザ
光は前記半導体ウェハの表面に塗布したフォトレジスト
に感光しない波長領域のものを使用することもある。
【０００３】この従来の焦点位置調整装置では、レーザ
光源５と、スリット６及び受光部７を予め所定の位置に
設定しておけば、ウェハステージ２により半導体ウェハ
Ｗが所定の光軸方向の位置に設定されたときに、レーザ
光源５からのレーザ光ＬＢが半導体ウェハの表面で反射
され、スリット６を透過して受光部７で受光される受光
強度が最大となる。すなわち、同図（ａ）に破線で示す
ように、半導体ウェハＷの光軸方向の位置が設定位置よ
りもずれたときには、半導体ウェハＷで反射したレーザ
光はスリット６を透過する量が低減され、同図（ｂ）に
示すように、受光部７での受光輝度は低くなる。したが
って、ウェハステージ２を光軸方向（Ｚ方向）に沿って
移動させながら、受光部７での受光強度が最大になる位
置に設定すれば、半導体ウェハＷを重ね合わせ精度測定
装置に対する最適な焦点位置に設定することが可能とな
る。なお、実際には、以上のように設定された半導体ウ
ェハの位置に対して、予めオフセット量を設定してお
き、そのオフセット量だけ光軸方向の位置を移動させる
ことで、最適な焦点位置への設定が行われる。
光源５と、スリット６及び受光部７を予め所定の位置に
設定しておけば、ウェハステージ２により半導体ウェハ
Ｗが所定の光軸方向の位置に設定されたときに、レーザ
光源５からのレーザ光ＬＢが半導体ウェハの表面で反射
され、スリット６を透過して受光部７で受光される受光
強度が最大となる。すなわち、同図（ａ）に破線で示す
ように、半導体ウェハＷの光軸方向の位置が設定位置よ
りもずれたときには、半導体ウェハＷで反射したレーザ
光はスリット６を透過する量が低減され、同図（ｂ）に
示すように、受光部７での受光輝度は低くなる。したが
って、ウェハステージ２を光軸方向（Ｚ方向）に沿って
移動させながら、受光部７での受光強度が最大になる位
置に設定すれば、半導体ウェハＷを重ね合わせ精度測定
装置に対する最適な焦点位置に設定することが可能とな
る。なお、実際には、以上のように設定された半導体ウ
ェハの位置に対して、予めオフセット量を設定してお
き、そのオフセット量だけ光軸方向の位置を移動させる
ことで、最適な焦点位置への設定が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来の技術では、
半導体ウェハに対して一義的に最適な焦点位置の設定を
行っている。ところが、実際の半導体ウェハでは、各工
程毎にオフセット量が異なるため、それぞれの工程ごと
にオフセット量を求めておき、その上で各工程毎にオフ
セット調整を行っている。しかしながら、このようなオ
フセット調整を行った場合でも、それぞれの工程におい
ては、前記したように予め設定したオフセット量に基づ
いて一定のオフセット量の調整を行うのみであり、ウェ
ハ上に存在する段差構造の違いによるウェハ表面高さ位
置のばらつきや、下地膜の膜厚ばらつき等が原因となっ
て起こるウェハ上の複数領域での焦点位置のずれに対応
できず、測定精度が悪化する要因となっていた。
半導体ウェハに対して一義的に最適な焦点位置の設定を
行っている。ところが、実際の半導体ウェハでは、各工
程毎にオフセット量が異なるため、それぞれの工程ごと
にオフセット量を求めておき、その上で各工程毎にオフ
セット調整を行っている。しかしながら、このようなオ
フセット調整を行った場合でも、それぞれの工程におい
ては、前記したように予め設定したオフセット量に基づ
いて一定のオフセット量の調整を行うのみであり、ウェ
ハ上に存在する段差構造の違いによるウェハ表面高さ位
置のばらつきや、下地膜の膜厚ばらつき等が原因となっ
て起こるウェハ上の複数領域での焦点位置のずれに対応
できず、測定精度が悪化する要因となっていた。
【０００５】本発明の目的は、ウェハ上の複数領域間に
生じる焦点のずれをキャンセルし、測定精度を向上させ
ることを可能にした焦点位置調整方法と調整装置を提供
するものである。
生じる焦点のずれをキャンセルし、測定精度を向上させ
ることを可能にした焦点位置調整方法と調整装置を提供
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の焦点位置調整方
法は、ウェハの表面にレーザ光を照射し、かつ前記ウェ
ハで反射したレーザ光を受光してその受光強度から前記
ウェハの仮の焦点位置を設定する第１の焦点位置調整工
程と、前記ウェハに設けられている複数の測定マークを
受光走査して測定マーク画像を得るとともに、前記ウェ
ハの適正な焦点位置で前記測定マークを受光走査して得
られるテンプレート画像とを比較し、両画像が最も一致
する状態に前記ウェハの位置を設定する第２の焦点位置
調整工程とを含むことを特徴としている。この場合、前
記第１の焦点位置調整工程では、前記仮の焦点位置を設
定した後に、予め設定されているオフセット量だけずら
して第１の焦点位置調整工程での最終的な仮の焦点位置
に設定し直す処理を含むことが好ましい。
法は、ウェハの表面にレーザ光を照射し、かつ前記ウェ
ハで反射したレーザ光を受光してその受光強度から前記
ウェハの仮の焦点位置を設定する第１の焦点位置調整工
程と、前記ウェハに設けられている複数の測定マークを
受光走査して測定マーク画像を得るとともに、前記ウェ
ハの適正な焦点位置で前記測定マークを受光走査して得
られるテンプレート画像とを比較し、両画像が最も一致
する状態に前記ウェハの位置を設定する第２の焦点位置
調整工程とを含むことを特徴としている。この場合、前
記第１の焦点位置調整工程では、前記仮の焦点位置を設
定した後に、予め設定されているオフセット量だけずら
して第１の焦点位置調整工程での最終的な仮の焦点位置
に設定し直す処理を含むことが好ましい。
【０００７】本発明の焦点位置調整装置は、ウェハを載
置するステージと、前記ウェハの表面にレーザ光を照射
する手段と、前記ウェハで反射されたレーザ光を受光す
る手段と、前記ウェハの表面に形成された測定マークを
少なくとも一方向に走査して受光するセンサ手段と、前
記ステージを前記露光装置の光軸方向に移動させる手段
と、予め適正焦点位置にあるウェハの前記測定マークを
受光走査して得られたテンプレート画像を記憶する手段
と、前記センサ手段で得られた測定マーク画像と前記テ
ンプレート画像を比較し、両画像が最も一致する状態に
前記ステージを位置移動する手段とを備えることを特徴
としている。
置するステージと、前記ウェハの表面にレーザ光を照射
する手段と、前記ウェハで反射されたレーザ光を受光す
る手段と、前記ウェハの表面に形成された測定マークを
少なくとも一方向に走査して受光するセンサ手段と、前
記ステージを前記露光装置の光軸方向に移動させる手段
と、予め適正焦点位置にあるウェハの前記測定マークを
受光走査して得られたテンプレート画像を記憶する手段
と、前記センサ手段で得られた測定マーク画像と前記テ
ンプレート画像を比較し、両画像が最も一致する状態に
前記ステージを位置移動する手段とを備えることを特徴
としている。
【０００８】本発明によれば、複数の測定マークごとに
生じる焦点のずれが、画像処理による焦点合わせで補正
され、適正な焦点位置調整が可能となり、パターンの重
ね合わせ精度の測定精度を向上させることができる。
生じる焦点のずれが、画像処理による焦点合わせで補正
され、適正な焦点位置調整が可能となり、パターンの重
ね合わせ精度の測定精度を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる焦点位
置調整装置の概略構成図である。同図において、１は鏡
筒であり、半導体ウェハＷの表面を結像する光学系を内
包し、その上端部に配設されているＣＣＤ撮像装置８で
前記半導体ウェハＷの表面を撮像することが可能とされ
ている。前記半導体ウェハＷは、前記鏡筒１の光軸方向
及びこれと垂直な面上で移動可能なウェハステージ２上
に載置されている。前記ウェハステージ２はＸＹ移動機
構３によって平面ＸＹ方向に移動され、Ｚ移動機構４に
よって前記光軸方向に移動され、これら移動機構により
その平面位置と光軸方向位置がそれぞれ調整可能とされ
ている。また、前記鏡筒１の光軸を挟んだ一方の側にレ
ーザ光源５が、これと対向する側にスリット６及び受光
部７がそれぞれ配置され、前記レーザ光源５から出射し
たレーザ光ＬＢが前記半導体ウェハＷの表面で反射さ
れ、スリット６を通して受光部７で受光するように構成
されている。また、前記ＣＣＤ撮像装置８の内部には、
図には表れないＣＣＤ素子が設けられており、前記半導
体ウェハＷの表面に設けられた後述する測定パターンを
撮像し、ＣＣＤ素子から得られる撮像信号に基づいて当
該測定パターンを所要の方向に走査した受光信号を得る
ように構成されている。さらに、前記ＣＣＤ撮像装置８
にはメモリ１０を有する演算部９が接続されており、ま
た前記演算部９には前記ＸＹ移動機構３とＺ移動機構４
を制御するための制御部１１が接続されている。
図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる焦点位
置調整装置の概略構成図である。同図において、１は鏡
筒であり、半導体ウェハＷの表面を結像する光学系を内
包し、その上端部に配設されているＣＣＤ撮像装置８で
前記半導体ウェハＷの表面を撮像することが可能とされ
ている。前記半導体ウェハＷは、前記鏡筒１の光軸方向
及びこれと垂直な面上で移動可能なウェハステージ２上
に載置されている。前記ウェハステージ２はＸＹ移動機
構３によって平面ＸＹ方向に移動され、Ｚ移動機構４に
よって前記光軸方向に移動され、これら移動機構により
その平面位置と光軸方向位置がそれぞれ調整可能とされ
ている。また、前記鏡筒１の光軸を挟んだ一方の側にレ
ーザ光源５が、これと対向する側にスリット６及び受光
部７がそれぞれ配置され、前記レーザ光源５から出射し
たレーザ光ＬＢが前記半導体ウェハＷの表面で反射さ
れ、スリット６を通して受光部７で受光するように構成
されている。また、前記ＣＣＤ撮像装置８の内部には、
図には表れないＣＣＤ素子が設けられており、前記半導
体ウェハＷの表面に設けられた後述する測定パターンを
撮像し、ＣＣＤ素子から得られる撮像信号に基づいて当
該測定パターンを所要の方向に走査した受光信号を得る
ように構成されている。さらに、前記ＣＣＤ撮像装置８
にはメモリ１０を有する演算部９が接続されており、ま
た前記演算部９には前記ＸＹ移動機構３とＺ移動機構４
を制御するための制御部１１が接続されている。
【００１０】この焦点位置調整装置を用いた本発明の焦
点位置調整方法の第１の実施形態について説明する。先
ず、仮の焦点位置を設定するための第１の焦点位置調整
工程を実行する。すなわち、レーザ光源５と、スリット
６及び受光部７を予め所定の位置に設定しておけば、ウ
ェハステージ２により半導体ウェハＷが光軸方向の所定
位置に設定されたときに、レーザ光源５からのレーザ光
ＬＢが半導体ウェハＷの表面で反射され、スリット６を
透過して受光部７で受光される受光輝度が最大となる。
すなわち、図５を用いた従来技術で説明したと同様に、
半導体ウェハＷの光軸方向の位置が設定位置よりもずれ
たときには、半導体ウェハＷで反射したレーザ光ＬＢは
スリット６を透過する光量が低減されるため、受光部７
での受光強度は低くなる。したがって、Ｚ移動機構４に
よってウェハステージ２を光軸方向に沿って移動させな
がら、受光部７での受光輝度が最大になる位置に設定す
れば、半導体ウェハＷを重ね合わせ精度測定装置に対す
る最適な焦点位置に設定することが可能となる。しかし
ながら、この焦点位置の調整工程では、半導体ウェハＷ
の一部の箇所（レーザ光が照射された箇所）についての
焦点調整は可能であるが、半導体ウェハの表面に存在す
る表面段差による表面位置のばらつきによって、半導体
ウェハの表面全体での焦点位置の調整が行われない場合
が生じることは前記した通りである。
点位置調整方法の第１の実施形態について説明する。先
ず、仮の焦点位置を設定するための第１の焦点位置調整
工程を実行する。すなわち、レーザ光源５と、スリット
６及び受光部７を予め所定の位置に設定しておけば、ウ
ェハステージ２により半導体ウェハＷが光軸方向の所定
位置に設定されたときに、レーザ光源５からのレーザ光
ＬＢが半導体ウェハＷの表面で反射され、スリット６を
透過して受光部７で受光される受光輝度が最大となる。
すなわち、図５を用いた従来技術で説明したと同様に、
半導体ウェハＷの光軸方向の位置が設定位置よりもずれ
たときには、半導体ウェハＷで反射したレーザ光ＬＢは
スリット６を透過する光量が低減されるため、受光部７
での受光強度は低くなる。したがって、Ｚ移動機構４に
よってウェハステージ２を光軸方向に沿って移動させな
がら、受光部７での受光輝度が最大になる位置に設定す
れば、半導体ウェハＷを重ね合わせ精度測定装置に対す
る最適な焦点位置に設定することが可能となる。しかし
ながら、この焦点位置の調整工程では、半導体ウェハＷ
の一部の箇所（レーザ光が照射された箇所）についての
焦点調整は可能であるが、半導体ウェハの表面に存在す
る表面段差による表面位置のばらつきによって、半導体
ウェハの表面全体での焦点位置の調整が行われない場合
が生じることは前記した通りである。
【００１１】続いて、前記第１の焦点位置調整工程で得
られた仮の焦点位置を基準とした上で、第２の焦点位置
調整工程を実行する。この第２の焦点位置調整工程で
は、鏡筒１及びＣＣＤ撮像装置８により前記半導体ウェ
ハＷの所要の範囲を撮像し、前記ＣＣＤ撮像装置８のＣ
ＣＤ素子から得られる受光信号を演算部９に取り込む。
ここで、前記ＣＣＤ撮像装置８は、前記半導体ウェハＷ
に形成されている図２のようなボックス型パターンの測
定マークＭを撮像する。この測定マークＭは、半導体ウ
ェハに対する前記第１の焦点位置調整工程までの処理に
より、ウェハの下地基板上のパターンと、その上に露光
により形成したレジストパターンとで半導体ウェハＷの
表面の複数箇所に形成されたものであり、外側又は内側
の一方を下地基板上のパターンで、他方をレジストパタ
ーンで形成している。そして、撮像した測定マークに対
して撮像装置８のＣＣＤ素子から一方向に向けた出力を
順序的に出力することで、前記測定マークＭを同図の中
心基準線（Ａ−Ａ’）に沿って走査した受光信号を得る
ことが可能となる。
られた仮の焦点位置を基準とした上で、第２の焦点位置
調整工程を実行する。この第２の焦点位置調整工程で
は、鏡筒１及びＣＣＤ撮像装置８により前記半導体ウェ
ハＷの所要の範囲を撮像し、前記ＣＣＤ撮像装置８のＣ
ＣＤ素子から得られる受光信号を演算部９に取り込む。
ここで、前記ＣＣＤ撮像装置８は、前記半導体ウェハＷ
に形成されている図２のようなボックス型パターンの測
定マークＭを撮像する。この測定マークＭは、半導体ウ
ェハに対する前記第１の焦点位置調整工程までの処理に
より、ウェハの下地基板上のパターンと、その上に露光
により形成したレジストパターンとで半導体ウェハＷの
表面の複数箇所に形成されたものであり、外側又は内側
の一方を下地基板上のパターンで、他方をレジストパタ
ーンで形成している。そして、撮像した測定マークに対
して撮像装置８のＣＣＤ素子から一方向に向けた出力を
順序的に出力することで、前記測定マークＭを同図の中
心基準線（Ａ−Ａ’）に沿って走査した受光信号を得る
ことが可能となる。
【００１２】そこで、前記演算部９では、予め表面が平
坦なウェハあるいは基板に形成した測定マークＭに対し
て、前記中心基準線に沿ってＣＣＤ素子からの受光信号
を得ておき、得られた受光信号の受光輝度を検出するこ
とで、その基準となる基準輝度分布曲線Ｒを求めてお
く。この基準輝度分布曲線Ｒは、前記ウェハ又は基板の
表面が平坦であることから、前記仮の焦点位置を設定す
れば、ウェハ又は基板の全面においてそれぞれ合焦した
焦点位置として設定されるため、ウェハにおける適正な
焦点位置での輝度分布曲線をテンプレート画像として得
ることができ、これをメモリ１０に記憶しておく。この
とき、この記憶されたテンプレート画像は、その工程で
測定精度が最も良好である条件でのマーク画像となる。
つまりテンプレート画像は、焦点位置、照明強度、ＣＣ
Ｄセンサ光学系のＮＡとσ等を最適化した、当該工程の
マーク画像となる。
坦なウェハあるいは基板に形成した測定マークＭに対し
て、前記中心基準線に沿ってＣＣＤ素子からの受光信号
を得ておき、得られた受光信号の受光輝度を検出するこ
とで、その基準となる基準輝度分布曲線Ｒを求めてお
く。この基準輝度分布曲線Ｒは、前記ウェハ又は基板の
表面が平坦であることから、前記仮の焦点位置を設定す
れば、ウェハ又は基板の全面においてそれぞれ合焦した
焦点位置として設定されるため、ウェハにおける適正な
焦点位置での輝度分布曲線をテンプレート画像として得
ることができ、これをメモリ１０に記憶しておく。この
とき、この記憶されたテンプレート画像は、その工程で
測定精度が最も良好である条件でのマーク画像となる。
つまりテンプレート画像は、焦点位置、照明強度、ＣＣ
Ｄセンサ光学系のＮＡとσ等を最適化した、当該工程の
マーク画像となる。
【００１３】かかるテンプレート画像を得た上で、前記
第１の焦点位置調整工程において前記仮焦点位置に設定
した半導体ウェハＷ上の測定マークＭに対して、同様に
中心基準線に沿ってＣＣＤ撮像装置８のＣＣＤ素子での
受光を行い、その輝度分布曲線を求め、これを測定マー
ク画像とする。この測定マーク画像は、制御部１１によ
りＨ移動機構４を制御して、半導体ウェハを光軸方向に
沿って微小寸法で徐々に位置変化させながら、複数の光
軸方向位置について行い、それぞれの光軸方向位置につ
いて求める。例えば、光軸方向の３つの異なる位置で求
めることにより、図３（ａ）〜（ｃ）の測定マーク画像
Ｒ１〜Ｒ３を得ることができる。そして、前記演算部９
では、得られた３つの測定マーク画像Ｒ１〜Ｒ３が、あ
らかじめ記憶されているテンプレート画像Ｒに最も近く
なる光軸方向位置を真の焦点位置と定め、重ね合わせ精
度を測定する。たとえば、前記測定マーク画像Ｒ１〜Ｒ
３の場合には、図２のテンプレート画像Ｒと双方の輝度
分布曲線が最も一致するのは測定マーク画像Ｒ２である
ので、このときの光軸方向位置を真の焦点位置と定め
る。
第１の焦点位置調整工程において前記仮焦点位置に設定
した半導体ウェハＷ上の測定マークＭに対して、同様に
中心基準線に沿ってＣＣＤ撮像装置８のＣＣＤ素子での
受光を行い、その輝度分布曲線を求め、これを測定マー
ク画像とする。この測定マーク画像は、制御部１１によ
りＨ移動機構４を制御して、半導体ウェハを光軸方向に
沿って微小寸法で徐々に位置変化させながら、複数の光
軸方向位置について行い、それぞれの光軸方向位置につ
いて求める。例えば、光軸方向の３つの異なる位置で求
めることにより、図３（ａ）〜（ｃ）の測定マーク画像
Ｒ１〜Ｒ３を得ることができる。そして、前記演算部９
では、得られた３つの測定マーク画像Ｒ１〜Ｒ３が、あ
らかじめ記憶されているテンプレート画像Ｒに最も近く
なる光軸方向位置を真の焦点位置と定め、重ね合わせ精
度を測定する。たとえば、前記測定マーク画像Ｒ１〜Ｒ
３の場合には、図２のテンプレート画像Ｒと双方の輝度
分布曲線が最も一致するのは測定マーク画像Ｒ２である
ので、このときの光軸方向位置を真の焦点位置と定め
る。
【００１４】ここで、画像処理によって輝度分布曲線の
比較を行う手段としては、例えば、図４にテンプレート
画像Ｒと測定マーク画像Ｒ１を比較する例を示すよう
に、まず両画像（輝度分布曲線）ＲとＲ１の座標（前記
Ａ−Ａ’方向の座標）をＸ０〜Ｘｎのように細かく区切
り、各座標での双方の曲線の輝度差ΔＰ０〜ΔＰｎをそ
れぞれ求める（なるべく細かく座標を区切り、サンプリ
ング数を増やした方が望ましい）。続いてこれらの輝度
差の絶対値の和ΣΔＰ＝ΔＰ０＋ΔＰ１＋…＋ΔＰｎを
求める。そして、前記測定マーク画像Ｒ１〜Ｒ３のそれ
ぞれについて、この値ΣΔＰを求め、かつ得られた各値
ΣΔＰを比較することで、この値ΣΔＰが小さいほど、
双方の輝度分布曲線が一致していると見なすことができ
る。
比較を行う手段としては、例えば、図４にテンプレート
画像Ｒと測定マーク画像Ｒ１を比較する例を示すよう
に、まず両画像（輝度分布曲線）ＲとＲ１の座標（前記
Ａ−Ａ’方向の座標）をＸ０〜Ｘｎのように細かく区切
り、各座標での双方の曲線の輝度差ΔＰ０〜ΔＰｎをそ
れぞれ求める（なるべく細かく座標を区切り、サンプリ
ング数を増やした方が望ましい）。続いてこれらの輝度
差の絶対値の和ΣΔＰ＝ΔＰ０＋ΔＰ１＋…＋ΔＰｎを
求める。そして、前記測定マーク画像Ｒ１〜Ｒ３のそれ
ぞれについて、この値ΣΔＰを求め、かつ得られた各値
ΣΔＰを比較することで、この値ΣΔＰが小さいほど、
双方の輝度分布曲線が一致していると見なすことができ
る。
【００１５】以上の工程を、制御部１１によりＸＹ移動
機構３を駆動しながら、ＣＣＤ撮像装置８の撮像範囲を
変化させながら、半導体ウェハＷに形成されている複数
の測定マークＭに対して順次実行することにより、各測
定マークにおける適正な焦点位置を求めることが可能と
なる。そして、演算部９では、半導体ウェハに対して最
も好適な光軸方向の位置を求め、さらに演算部９でのか
かる演算結果に基づいて制御部１１はＺ移動機構４を制
御し、真の焦点位置と定められた位置に半導体ウェハＷ
を位置設定する。なお、テンプレート画像に用いたマー
クと、測定対象のマークの間で、重ね合わせ精度が異な
ることによる輝度分布曲線の変化は、焦点位置が振れた
ことによる輝度分布曲線の変化よりもはるかに小さいた
め、一般には輝度分布曲線同士の比較処理の際には無視
することができる。
機構３を駆動しながら、ＣＣＤ撮像装置８の撮像範囲を
変化させながら、半導体ウェハＷに形成されている複数
の測定マークＭに対して順次実行することにより、各測
定マークにおける適正な焦点位置を求めることが可能と
なる。そして、演算部９では、半導体ウェハに対して最
も好適な光軸方向の位置を求め、さらに演算部９でのか
かる演算結果に基づいて制御部１１はＺ移動機構４を制
御し、真の焦点位置と定められた位置に半導体ウェハＷ
を位置設定する。なお、テンプレート画像に用いたマー
クと、測定対象のマークの間で、重ね合わせ精度が異な
ることによる輝度分布曲線の変化は、焦点位置が振れた
ことによる輝度分布曲線の変化よりもはるかに小さいた
め、一般には輝度分布曲線同士の比較処理の際には無視
することができる。
【００１６】以上のような第１の実施形態による焦点位
置調整装置とその調整方法では、個々の測定マーク近傍
の段差構造の違いによるフォトレジストの膜厚ばらつき
や、下地膜の膜厚ばらつき等が原因となって起こる個々
の測定マークごとの焦点位置のずれが、画像処理による
焦点合わせで補正されるため、焦点位置調整後に行われ
る重ね合わせ精度測定工程での測定精度を向上させるこ
とが可能となる。
置調整装置とその調整方法では、個々の測定マーク近傍
の段差構造の違いによるフォトレジストの膜厚ばらつき
や、下地膜の膜厚ばらつき等が原因となって起こる個々
の測定マークごとの焦点位置のずれが、画像処理による
焦点合わせで補正されるため、焦点位置調整後に行われ
る重ね合わせ精度測定工程での測定精度を向上させるこ
とが可能となる。
【００１７】ここで、前記第１の実施形態では、半導体
ウェハ上の全ての測定マークについて測定マーク画像と
テンプレート画像を比較しながら焦点位置を走査させる
必要があるため、スループットの低下が懸念される。そ
こで第２の実施形態として、必要とされる場合のみに画
像処理による焦点補正を行い、スループットの低下を抑
制する手法を以下に示す。まず、第１の実施形態と同様
に、レーザ光源５、スリット６、受光部７を用いてレー
ザ光でおおよその焦点合わせである仮焦点位置の設定を
行う第１の焦点位置調整工程を行う。ただし、この第２
の実施形態では、その第１の焦点位置調整工程の一部と
して、前記仮焦点位置の設定に続いて、Ｚ移動機構４に
より、あらかじめ設定されている一定のオフセット量の
分だけ焦点をずらして、仮の焦点位置とする。このオフ
セット量は一般的に各工程ごとに異なる値で、これも測
定精度を向上させることが目的である。具体的には、テ
ンプレート画像を保存した際の、レーザ光で求めた焦点
位置と実際の焦点位置の差のことである。
ウェハ上の全ての測定マークについて測定マーク画像と
テンプレート画像を比較しながら焦点位置を走査させる
必要があるため、スループットの低下が懸念される。そ
こで第２の実施形態として、必要とされる場合のみに画
像処理による焦点補正を行い、スループットの低下を抑
制する手法を以下に示す。まず、第１の実施形態と同様
に、レーザ光源５、スリット６、受光部７を用いてレー
ザ光でおおよその焦点合わせである仮焦点位置の設定を
行う第１の焦点位置調整工程を行う。ただし、この第２
の実施形態では、その第１の焦点位置調整工程の一部と
して、前記仮焦点位置の設定に続いて、Ｚ移動機構４に
より、あらかじめ設定されている一定のオフセット量の
分だけ焦点をずらして、仮の焦点位置とする。このオフ
セット量は一般的に各工程ごとに異なる値で、これも測
定精度を向上させることが目的である。具体的には、テ
ンプレート画像を保存した際の、レーザ光で求めた焦点
位置と実際の焦点位置の差のことである。
【００１８】しかる上で、前記第１の実施形態と同様な
手法で第２の焦点位置調整工程を行い、前記仮の焦点位
置で得られるマーク画像と、テンプレート画像との比較
を行う。そして、双方の画像にあらかじめ設定した程度
以上の差異が認められなければ（一例として先と同様に
細かく区切った各座標ごとの輝度差の和を基準に判断す
る）、仮の焦点位置と真の焦点位置は差が小さく、測定
精度の低下も問題ない程度であると判断して、仮の焦点
位置のままで焦点位置調整を完了し、その後に重ね合わ
せ精度測定を行う。一方、双方の画像にあらかじめ設定
した程度以上の差が認められた場合は、仮の焦点位置と
真の焦点位置の差が大きく、測定精度の低下が予想され
ると判断し、画像処理による第２の焦点位置調整工程を
行い、真の焦点位置を求めた上で、重ね合わせ精度の測
定を行う。このように、この第２の実施形態の場合に
は、必要とされる場合のみに画像処理による焦点補正を
行うため、重ね合わせ精度の測定精度を向上させつつ、
かつスループットの低下を最小限に抑制することができ
る。
手法で第２の焦点位置調整工程を行い、前記仮の焦点位
置で得られるマーク画像と、テンプレート画像との比較
を行う。そして、双方の画像にあらかじめ設定した程度
以上の差異が認められなければ（一例として先と同様に
細かく区切った各座標ごとの輝度差の和を基準に判断す
る）、仮の焦点位置と真の焦点位置は差が小さく、測定
精度の低下も問題ない程度であると判断して、仮の焦点
位置のままで焦点位置調整を完了し、その後に重ね合わ
せ精度測定を行う。一方、双方の画像にあらかじめ設定
した程度以上の差が認められた場合は、仮の焦点位置と
真の焦点位置の差が大きく、測定精度の低下が予想され
ると判断し、画像処理による第２の焦点位置調整工程を
行い、真の焦点位置を求めた上で、重ね合わせ精度の測
定を行う。このように、この第２の実施形態の場合に
は、必要とされる場合のみに画像処理による焦点補正を
行うため、重ね合わせ精度の測定精度を向上させつつ、
かつスループットの低下を最小限に抑制することができ
る。
【００１９】また、以上説明したような、焦点位置調整
方法を行う焦点位置調整装置は、パターン露光装置に適
用し、マスクと下地基板とを位置合わせする場合にも利
用できることは勿論である。
方法を行う焦点位置調整装置は、パターン露光装置に適
用し、マスクと下地基板とを位置合わせする場合にも利
用できることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第１の焦
点位置調整工程において仮の焦点位置を設定した後、ウ
ェハ上の複数の測定マークに対してそれぞれ第２の焦点
位置調整工程での焦点位置調整を行うため、ウェハ上に
存在する段差構造の違いによるウェハ表面高さ位置のば
らつきや、下地膜の膜厚ばらつき等が原因となって起こ
るウェハ上の複数領域での焦点位置のずれに対して適正
な焦点位置調整が実現でき、焦点位置の調整精度を向上
し、微細なレジストパターンと下地基板上のパターンと
の重ね合わせ精度を高精度で測定することが可能にな
る。
点位置調整工程において仮の焦点位置を設定した後、ウ
ェハ上の複数の測定マークに対してそれぞれ第２の焦点
位置調整工程での焦点位置調整を行うため、ウェハ上に
存在する段差構造の違いによるウェハ表面高さ位置のば
らつきや、下地膜の膜厚ばらつき等が原因となって起こ
るウェハ上の複数領域での焦点位置のずれに対して適正
な焦点位置調整が実現でき、焦点位置の調整精度を向上
し、微細なレジストパターンと下地基板上のパターンと
の重ね合わせ精度を高精度で測定することが可能にな
る。
【図１】本発明にかかる焦点位置調整装置の概略構成図
である。
である。
【図２】テンプレート画像を得る方法を説明するための
図である。
図である。
【図３】測定マーク画像を説明するための図である。
【図４】テンプレート画像と測定マーク画像を比較する
方法を説明するための図である。
方法を説明するための図である。
【図５】従来の焦点位置調整手法を説明するための概略
構成図である。
構成図である。
１ 鏡筒 ２ ウェハステージ ３ ＸＹ移動機構 ４ Ｚ移動機構 ５ レーザ光源 ６ スリット ７ 受光部 ８ ＣＣＤ撮像装置 ９ 演算部 １０ メモリ １１ 制御部
Claims (8)
- 【請求項１】 ウェハの表面にレーザ光を照射し、かつ
前記ウェハで反射したレーザ光を受光してその受光強度
から前記ウェハの仮の焦点位置を設定する第１の焦点位
置調整工程と、前記ウェハに設けられている複数の測定
マークを受光走査して測定マーク画像を得るとともに、
前記ウェハの適正な焦点位置で前記測定マークを受光走
査して得られるテンプレート画像とを比較し、両画像が
最も一致する状態に前記ウェハの位置を設定する第２の
焦点位置調整工程とを含むことを特徴とする重ね合わせ
精度測定装置の焦点位置調整方法。 - 【請求項２】 前記第１の焦点位置調整工程では、前記
仮の焦点位置を設定した後に、予め設定されているオフ
セット量だけずらして第１の焦点位置調整工程での最終
的な仮の焦点位置に設定し直す請求項１に記載の重ね合
わせ精度測定装置の焦点位置調整方法。 - 【請求項３】 前記測定マークは、前記ウェハの表面上
の異なる位置に設けられ、前記第２の焦点位置調整工程
は前記各測定マークに対してそれぞれ行うことを特徴と
する請求項１又は２に記載の重ね合わせ精度測定装置の
焦点位置調整方法。 - 【請求項４】 前記測定マーク画像及び前記テンプレー
ト画像は、ＣＣＤ素子を含む撮像装置により前記測定マ
ークを撮像して得る請求項３に記載の重ね合わせ精度測
定装置の焦点位置調整方法。 - 【請求項５】 前記テンプレート画像は、予め適正な焦
点位置において得られた画像を記憶しておき、前記測定
マーク画像との比較を行う際に読み出すことを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれかに記載の重ね合わせ精度
測定装置の焦点位置調整方法。 - 【請求項６】 前記測定マーク画像と前記テンプレート
画像の比較は、前記ウェハ上の座標を複数の細かい領域
に区切り、各座標領域でのそれぞれの輝度差を求め、前
記輝度差を前記複数の領域の全てにわたって加算し、そ
の加算値が小さい測定マーク画像が前記テンプレート画
像に最も一致する画像とする請求項５に記載の重ね合わ
せ精度測定装置の焦点位置調整方法。 - 【請求項７】 ステージ上に載置されたウェハの露光後
のレジストパターンと前記ウェハ上の下地パターンとの
重ね合わせ精度を測定するための重ね合わせ精度測定装
置に備えられ、前記ウェハの表面にレーザ光を照射する
手段と、前記ウェハで反射されたレーザ光を受光する手
段と、前記レジストパターンと下地パターンとで前記ウ
ェハの表面に形成された測定マークを少なくとも一方向
に走査して受光するセンサ手段と、前記ステージを前記
露光装置の光軸方向に移動させる手段と、予め適正焦点
位置にあるウェハの前記測定マークを受光走査して得ら
れたテンプレート画像を記憶する手段と、前記センサ手
段で得られた測定マーク画像と前記テンプレート画像を
比較し、両画像が最も一致する状態に前記ステージを位
置移動する手段とを備えることを特徴とする重ね合わせ
精度測定装置の焦点位置調整装置。 - 【請求項８】 ステージ上に載置されたウェハに所要の
パターンを露光するパターン露光装置に備えられ、前記
ウェハの表面にレーザ光を照射する手段と、前記ウェハ
で反射されたレーザ光を受光する手段と、前記ウェハの
表面に形成されたレジストパターンと下地パターンとで
構成される測定マークを少なくとも一方向に走査して受
光するセンサ手段と、前記ステージを前記露光装置の光
軸方向に移動させる手段と、予め適正焦点位置にあるウ
ェハの前記測定マークを受光走査して得られたテンプレ
ート画像を記憶する手段と、前記センサ手段で得られた
測定マーク画像と前記テンプレート画像を比較し、両画
像が最も一致する状態に前記ステージを位置移動する手
段とを備えることを特徴とする焦点位置調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11014159A JP2000216077A (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 重ね合わせ精度測定装置の焦点位置調整方法及び調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11014159A JP2000216077A (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 重ね合わせ精度測定装置の焦点位置調整方法及び調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216077A true JP2000216077A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11853383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11014159A Pending JP2000216077A (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 重ね合わせ精度測定装置の焦点位置調整方法及び調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000216077A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020201336A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | キヤノン株式会社 | 位置合わせ装置、位置合わせ方法、リソグラフィ装置、および、物品の製造方法 |
| CN113124751A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种散射测量装置及散射测量方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07311012A (ja) * | 1995-03-13 | 1995-11-28 | Nikon Corp | 投影光学系における基板の位置決定方法及び検出方法 |
| JPH08227854A (ja) * | 1994-11-29 | 1996-09-03 | Nikon Corp | 露光方法及びその装置 |
| JPH10206120A (ja) * | 1997-01-27 | 1998-08-07 | Sony Corp | 重ね合わせ測定器 |
-
1999
- 1999-01-22 JP JP11014159A patent/JP2000216077A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08227854A (ja) * | 1994-11-29 | 1996-09-03 | Nikon Corp | 露光方法及びその装置 |
| JPH07311012A (ja) * | 1995-03-13 | 1995-11-28 | Nikon Corp | 投影光学系における基板の位置決定方法及び検出方法 |
| JPH10206120A (ja) * | 1997-01-27 | 1998-08-07 | Sony Corp | 重ね合わせ測定器 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020201336A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | キヤノン株式会社 | 位置合わせ装置、位置合わせ方法、リソグラフィ装置、および、物品の製造方法 |
| JP7317579B2 (ja) | 2019-06-07 | 2023-07-31 | キヤノン株式会社 | 位置合わせ装置、位置合わせ方法、リソグラフィ装置、および、物品の製造方法 |
| CN113124751A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种散射测量装置及散射测量方法 |
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