JP2004119477A

JP2004119477A - 重ね合わせ検査方法及び装置

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Publication number: JP2004119477A
Application number: JP2002277496A
Authority: JP
Inventors: Koichi Chitoku; 千徳　孝一
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】複数の露光レイヤー間の露光状態の相対位置ずれ量を重ね合わせ検査マークを用いて計測する重ね合わせ検査装置において、ＷＩＳの影響が少ない重ね合わせ検査方法、及び装置を達成する。
【解決手段】重ね合わせ検査マークに対して計測を行う際、事前に複数の測定パラメータを用いて計測を行う。この時測定パラメータとは、重ね合わせ検査マークから得られる検出信号に対する信号処理方法、重ね合わせ検査装置の光学系パラメータ（光源の波長、照明条件）、重ね合わせ検査マークの線幅等である。これらの異なるパラメータを用いて事前に重ね合わせ検査を行ない各パラメータ毎に計測結果を求め、その計測結果と露光装置のステージ精度を比較し、計測結果がステージ精度以下の時のパラメータを最適パラメータ候補として記憶し、複数の最適パラメータ候補の中から最も計測精度が良い結果が得られるパラメータを選択し、実際の重ね合わせ検査測定を行う。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用の露光装置を用いて、複数層の重ね合わせ露光を行い製造されたＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の微細な電子回路パターン間の重ね合わせ状態を、重ね合わせ検査マークを用いて検査する重ね合わせ検査装置に関するものである。本発明は特に、ウエハプロセス誤差であるＷＩＳ（Ｗａｆｅｒ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｈｉｆｔ）が発生しうる状況において、ＷＩＳの影響を受けにくい重ね合わせ検査装置及び方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造用の投影露光装置においては、集積回路パターンの微細化に伴い電子回路パターンの形成されているレチクルとウエハを高精度にアライメントすることが要求されてきている。この要求精度は、回路パターンの１／３以下と言われており、例えば１ＧビットＤＲＡＭでは、０．１８μｍルールの回路パターンとすると、６０ｎｍ以下のオーバーレイ精度（露光領域全体のアライメント）が必要である。
【０００３】
更に、このオーバーレイ精度を測定する重ね合わせ検査装置においては、オーバーレイ精度の１／１０の精度が要求され、１ＧビットＤＲＡＭでは６ｎｍ以下の精度が必要とされている。しかし、オーバーレイ精度の１／１０という要求精度を満たそうとしても、ウエハプロセスによる重ね合わせ検査マーク表面の立体形状変化によって生じるエラー、ＷＩＳ（Ｗａｆｅｒ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｈｉｆｔ）への対応が不十分であることが判明している。特にメタルＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程等における平坦化プロセスにおいて、重ね合わせ検査マークの構造が非対称となり、重ね合わせ検出精度の低下という問題が発生している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題解決の為に、事前に重ね合わせ検査装置の測定パラメータを最適化するという手段がとられているが、現状では、その最適化パラメータの決定の為の判断材料が不充分であり、最適化が完全には行われていない状況である。
【０００５】
本発明は上述従来例に鑑み、測定対象とするウエハに対して、事前に重ね合わせ検査を、複数の測定パラメータ用いて実施し、その得られた測定結果と、基準評価値を比較する事により、最適パラメータを決定し、より正確な重ね合わせ検出を可能とする重ね合わせ検出方法及び、それを用いた重ね合わせ検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本願の重ね合わせ検査方法、及び重ね合わせ検査装置は、露光レイヤー間の露光状態の相対位置ずれ量を、重ね合わせ検査マークを用いて計測する重ね合わせ検査装置において、事前に互いに異なる複数の測定パラメータを用いて重ね合わせ測定を行い、その互いに異なる複数の測定パラメータ毎に測定結果と、露光装置のステージ精度に基づく評価値を比較し、前記測定結果が評価値以下の時の測定パラメータを記憶し、実際に測定すべきウエハに対して重ね合わせ検査を行う時、前記記憶しておいた測定パラメータの中で最も良い測定結果を得ることができたパラメータを用いて重ね合わせ測定をする事を特徴としている。
【０００７】
また前記評価値とは、単体の露光装置上で作製された重ね合わせ検査マークを用いて測定し、前記露光装置のステージ精度の√２倍であることを特徴としている。
【０００８】
また前記評価値とは、Ｍｉｘ＆Ｍａｔｃｈで作製された重ね合わせ検査マークを用いて測定し、かつ、重ね合わせ検査マークを作製した２台の露光装置のステージ精度の自乗和であることを特徴としている。
【０００９】
また前記評価値とは、重ね合わせ測定を、ウエハ上の重ね合わせ検査マークに対して複数回測定して得られる測定再現性であることを特徴としている。
【００１０】
また、露光レイヤー間の露光状態の相対位置ずれ量を、重ね合わせ検査マークを用いて計測する重ね合わせ検査装置において、ウエハ上の重ね合わせ検査マークを用いて測定を行う際、事前に互いに異なる複数の測定パラメータを用いて、ウエハを、ある姿勢と、その姿勢に対して面内に１８０度回転した二つの姿勢で計測し、その二つの計測値の和又は平均値を各ショットで求め、そのばらつきの値を求める。
【００１１】
そして、前記各ショット間のばらつきが最小である時の測定パラメータを用いて、次回以降の重ね合わせ検査を行う事を特徴としている。
【００１２】
また、前記基準評価値は、重ね合わせ測定を、ウエハ上の重ね合わせ検査マークに対して複数回測定して得られる測定再現性であることを特徴としている。
【００１３】
また、前記測定パラメータは、前記重ね合わせ検査マークから検出される測定信号に対する画像信号処理方式のパラメータであることを特徴としている。
【００１４】
また、前記測定パラメータは、前記重ね合わせ検査装置の光学系の、光源の波長、または、照明条件であることを特徴としている。
【００１５】
また、前記測定パラメータは、前記重ね合わせ検査マークの線幅の種類、または、断面形状であることを特徴としている。
【００１６】
また、前記測定パラメータは、重ね合わせ検査マークが形成されているウエハのフォーカス位置であることを特徴としている。
【００１７】
また、前記測定パラメータとは、重ね合わせ検査装置の光学系による、重ね合わせ検査マークの検出方法であることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１から図４を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。図３は、重ね合せ検査装置の光学系であり、光学系の詳細等は、特開２０００−１３８１６４で紹介されているが、ここで図３を用いて重ね合わせ検査装置の光学系についての説明を行う。シリコンエッチング後のウエハ１の上にエッチングパターンマーク２をリソグラフィ、現像、エッチング工程を経て形成し、そのエッチングパターンマーク２の上に、アライメント、リソグラフィ、現像工程を経てレジストパターンマーク３が形成される。
【００１９】
ここでアライメントについて、図８、図９を用いて説明する。
【００２０】
図８に、露光装置の構成例を示す。この図は、露光波長３６５ｎｍであるｉ線露光装置での例であり、ベースラインが安定していて、安価で安定しているＨｅ−Ｎｅレーザーや半導体レーザー等の非露光光な光源を使用するＴＴＬ−Ｏｆｆａｘｉｓ方式のウエハライメントの位置合わせ検出系ＡＳを構成した例である。
【００２１】
ウエハ１は、露光装置上でウエハチャック１３３により吸着され支持される。フォーカス検出系１２９、１３０により、ウエハ１上に塗布されたレジスト表面のフォーカスを検出し、必要に応じてフォーカス方向に駆動後、位置合わせ検出系ＡＳによって、ウエハ１上のアライメントマーク（不図示）の位置を、後で記載するグローバルアライメントにより計測する。その情報のもとにレーザー干渉計付きＸＹステージ１１８を駆動して、各ショットにおいてフォーカス、チルト計測及びに必要に応じてフォーカス、チルト駆動後、露光を行い、全ショット露光後には、ウエハ１をチャック１３３から外して、搬送する。
【００２２】
このアライメント方法のグローバルアライメントには、統計処理方法を行う、ＡＧＡ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｇｌｏｂａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）と呼ぶ方法を露光装置では採用している。図９に示す様に、ＡＧＡでは、図中で塗りつぶしたショットのみを露光装置のアライメント検出系でウエハのスクライブラインの中に配置されたアライメントマークの位置を、レーザ干渉計付きのＸＹステージを駆動する事で順次計測する（ウエハはこのＸＹステージ上に支持されている）。所定の全ＡＧＡショット計測終了後、全計測値から、最小二乗近似等の統計処理を行い、全体のデータから外れているショットデータを削除したデータのみでの計測結果から、被計測のウエハにおける、ズレ、ショットの配列格子のウエハ倍率、直交度、縮小倍率等を算出し、その情報に基づいて、レチクル１１２面上の電子回路パターンをウエハ１に転写する際、ＸＹステージ１１８あるいは、必要に応じてレチクルステージ（不図示）を駆動して、逐次露光を行っていく。
【００２３】
重ね合わせ検査装置においては、この２つのマーク２、３の相対位置関係を計測する。ここで、前記２つのマーク２、３に対して、ハロゲンランプ５から射出した光束６を、ファイバ７、照明光学系８を透過し、ビームスプリッタ９、対物レンズ１０を透過して、ウエハ１上の重ね合わせ検査マークに相当する２、３を照明する。
【００２４】
２つのマークからの反射光は、照明した時とは逆に、対物レンズ１０、ビームスプリッタ９、リレーレンズ１１を通過し、エレクター１２によりＣＣＤカメラ１３の撮像面上に、重ね合わせ検査マーク像１４として結像される。
【００２５】
ＣＣＤカメラ１３により光電変換された重ね合わせ検査マーク像１４は、回線を通じてコンピュータ（演算手段）１５に入力されている。コンピュータ１５で、その信号を画像処理して、２つのマークの相対位置関係Δｘを検出している。
【００２６】
ウエハ１は、ウエハチャック（不図示）上に置かれている。ウエハチャックはθ−Ｚステージ（駆動手段：不図示）上に構成され、ウエハ１をチャック表面に吸着することにより、各種振動に対して、ウエハ１の位置がずれないようにしている。θ−Ｚステージはチルトステージ（不図示）の上に構成され、ウエハ１をフォーカス方向（光学系の光軸方向）に動かす事を可能としている。
【００２７】
図１に、本実施例における重ね合わせ検査マークの位置ずれ量を求める方法を示す。図１（ａ）は、ＣＣＤカメラ１３の撮像面上に結蔵される重ね合わせ検査マーク像１４であり、図１（ｂ）は、重ね合わせ検査マーク像１４の光電変換信号１６である。この光電変換信号１６に対して、各種画像処理を施す。例えば図１に、スライス法を適用した時の重ね合わせ検査の方法を示す。光電変換信号１６に対し、あるスライスレベル１７を設定し、そのスライスレベル１７と光電変換信号１６との交点位置を求める。例えば、スライスレベル１７と光電変換信号１６との交点をそれぞれ、ａ、ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇとし、ａとｂの中点をｃ１、ｆとｇの中点をｃ２とし、（ｃ２−ｃ１）／２の位置を重ね合わせ検査マーク像１８の中点ｃ３とする。同様にｄとｅの中点をｃ４とし、重ね合わせ検査マーク像１９の中点ｃ４を決定し、最終的に、ｃ３とｃ４の位置の差を求めて、重ね合わせ状態Δｘの検出を行う。
【００２８】
この検出方法を用いて、ウエハ上の全ての、あるいは特定の露光ショット内の重ね合わせ検査マークに対して計測を行い、その計測結果から、ウエハ上でのアライメントに関する誤差、ウエハのプロセスによる誤差等に起因する、シフト、回転、倍率成分を取り除いた残差成分を抽出する。この残差の主成分は露光装置のステージ精度であり、重ね合わせ検査マークが、一台の露光装置により露光焼付けされたものであれば、その時のステージ精度をａとすると、重ね合わせ検査マークは、２回の露光シーケンスを経た後作製されるので、√２ａの量が、残差成分に含まれていることになる。この√２ａの数値を基準表価値として、図１（ｂ）に示すスライスレベル１７をパラメータとした時の重ね合わせ測定結果の残差成分Ｅ１が、Ｅ１≦√２ａであるかを判断し、もしこの関係を満たすようであれば、図３に示すコンピュータ１５に、最適なパラメータ候補として記憶しておく。
【００２９】
次に、スライスレベル１７の値を段階的に変化させて、Ｅｎ≦√２ａ（ここでｎは測定回数を示す）の関係にあるかを判断し、この関係を満たしていればコンピュータ１５にそのスライスレベルを最適パラメータの候補として記憶させる。図２は、各スライスレベルと、スライスレベル毎に得られた残差成分の関係を示す図であり、図２に示すような関係が得られた時は、スライスレベルｓ４の時の値を、今回測定したプロセスウエハに対する最適なスライスレベルとしてコンピュータ１５に記憶しておき、次回以降の重ね合わせ検査を行う時は、ｓ４のスライスレベルのパラメータを用いて重ね合わせ検査を行う。
【００３０】
また、重ね合わせ検査マークがＭｉｘ＆Ｍａｔｃｈのように複数の露光装置で露光焼付けされた時の基準評価値は、例えば、ステージ精度ｂを有する露光装置とステージ精度ｃを有する露光装置を用いた場合は、２つのステージ精度の自乗和√（ｂ＾２＋ｃ＾２）となる。
【００３１】
また、重ね合わせ検査マークの画像信号に対する画像処理技術としては、上記に説明した方法に限らず他の方式を用いてもよい。例えば、対称性マッチング法を用いることもできる。その際は、検出信号に対する処理ウインドウの位置、あるいは、ウインドウ幅をパラメータとして、そのパラメータを段階的に変化させて信号処理を行い、各パラメータ設定毎に測定した結果より得られる残差成分の比較を行ってもよい。
【００３２】
また、その他の最適パラメータの判断方法として、予めずれ量が既知の重ね合わせ検査マークを用いて決定することもできる。これは、通常、重ね合わせ検査マークをウエハ上に生成させる場合、図１に示すように、第ｎレイヤーで外側のＢｏｘマークに相当する重ね合わせ検査マーク像１８を形成し、第ｎ＋１レイヤーで、内側のＢｏｘマークに相当する重ね合わせ検査マーク像１９を形成し重ね合わせ検査マークを形成するが、１回の露光で、外側、内側のＢｏｘマークを形成させる。これは予め一枚のマスク上に、外側のＢｏｘマークと、内側のＢｏｘマークが既に設計値量だけずれた状態の重ね合わせ検査マークを描画しておき、そのマークを１回の露光でウエハ上に露光させる方法である。このずれ量が既知のマーク（＝原器マーク）を複数回測定し測定再現性を求めれば、再現性ばかりでなく設計値（＝真値）からのずれ量も測定することが可能であり、測定パラメータを変えることにより、真値からのずれ量が変化するか否かも知ることができ、真値からのずれ量、及び再現性の両方を最適化することができる。この同一マークに対し複数回測定を行い再現性を求める方法は、前記複数レイヤーにより作製された重ね合わせ検査マークに対して行ってもよい。
【００３３】
ここで、以上述べてきた測定方法の流れを図４に示す。互いに異なる複数の測定パラメータを用いて重ね合わせ計測を行い（工程２３）、残差成分Ｅｎを求める（工程２４）。そして工程２４で求めた残差成分と基準評価値を比較して（工程２５）、条件を満たせば最適パラメータ候補としてコンピュータに記憶、満たしていなければ候補外とする（工程２６、工程２７）。この作業を準備した測定パラメータの回数だけ行い（工程２３〜工程２９）、全て測定し終わった段階でコンピュータに記憶したパラメータの中で、残差成分が最小となる場合の測定パラメータを求める（工程３０）。そして、この最適パラメータを用いて次回以降の重ね合わせ検査を行なう（工程３１）。
【００３４】
次に、本発明に係わる第２の実施形態について説明する。重ね合わせ検査装値において高精度化の手法の１つにＴＩＳ補正法の採用がある。ＴＩＳとはＴｏｏｌ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｈｉｆｔの略であり、装置要因の誤差を意味する。
【００３５】
これは前述の露光装置のアライメント誤差の装置要因と同じくＴＩＳと呼ぶものであるが、歴史的には先に重ね合わせ検査装置に関してで呼ばれ始めたものであり、それを露光装置に関しても同じ範疇の内容を同じ言葉でも呼び始めたものである。
【００３６】
重ね合わせ検査装置においては図１２に示す様に、計測マークを０度、１８０度と回転させ二回計測し、その二つの計測値の差分の半分を使用するのがＴＩＳ補正法であり、装置要因の誤差の影響を軽減する効果がある。この二回の計測値の和の半分をＴＩＳ値とし、装置性能を示す評価値として各社仕様化しており、現状では２〜３ｎｍの値である。
【００３７】
このＴＩＳ補正法は装置要因誤差を計測値に影響させない有効な方法であり、実際に現在の半導体製造において使用されておりその効果は確認されている。しかしながら有効な方法であるが、完全に装置要因誤差ＴＩＳの影響を削減できる方法ではない。それは、前述した露光装置のアライメントに関して呼ぶ名前と同じである、プロセス誤差要因　ＷＩＳ（Ｗａｆｅｒ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｈｉｆｔ）　がある場合には、微少のＴＩＳとの相互作用（ＴＩＳ−ＷＩＳ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）で大きな計測誤差を生じるからである。
【００３８】
この様に、現在市販されている、重ね合わせ検査装置の仕様では、ＴＩＳ値は数ｎｍである。しかしながら、ＷＩＳが存在するウエハでは、ＴＩＳとＷＩＳの相互作用で大きな計測誤差が発生する。このＷＩＳがウエハ内で変化する場合には、例えば１枚のウエハの中の全部のショットのＴＩＳ値を計測し、そのばらつき（＝ウエハ内での３σ）が大きな値となる事も判明していて、例えばメタルＣＭＰやＰＶＤを使用する工程では、各ショットのＴＩＳ値を、ウエハ内でマップ化すると、極座標的なばらつき分布となる事も判明している。この極座標的なばらつき分布となる事は、メタルＣＭＰやＰＶＤのプロセス誤差が、極座標的に発生する事が原因であり、その影響で、ウエハ内の各ショットでのアライメントマークや重ね合わせ検査装置用のマークも非対称性形状が極座標的に変化する様なＷＩＳが発生している。このＴＩＳとＷＩＳとの相互作用により、各ショットのＴＩＳ値も極座標的に変化する様に発生するからである。
【００３９】
このショット間でのＴＩＳ値のばらつきを、『ＴＩＳ　Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ』と呼ぶ場合もある。
【００４０】
そこで、前述の様に各ショット毎でＷＩＳが変化する様なウエハを使用して、ＴＩＳとＷＩＳの相互作用を利用して、ＴＩＳ値を計測、例えば１枚のウエハの中の全部のショットのＴＩＳ値を計測し、そのばらつき（＝ウエハ内での３σ）を評価基準として使用する事は、重ね合わせ検査装置の評価方法としては有効な方法である。そこで、１枚のウエハの全ショットのＴＩＳ値を求めるための重ね合わせ検査マークを用いた計測を行う際、その測定のための測定パラメータ（本実施例で説明したスライスレベル、信号処理のウインドウ位置、あるいはウインドウ幅等のパラメータ、あるいは後述する種々のパラメータ）を順次変えて行い、その測定回毎のＴＩＳ値のばらつき（３σ）を求め、ばらつきの値が最小である時のパラメータを用いて、次回以降の重ね合わせ検査を行う。
【００４１】
次に、本発明に係わる第３の実施形態について説明する。図５における重ね合わせ検査装置は、光源が、ハロゲンランプ５以外に複数用意されており、光源２０、光源２１のそれぞれの波長はλ１、λ２としている。これらの光源は、ミラー２２により、ファイバー７に導かれている。ここで、ウエハ上の重ね合わせ検査マークに対して、光源の波長を変えて計測を行い、各波長毎に重ね合わせ検査結果に対する残差成分を算出し、その値が最小となる単波長を選択しても良いし、不図示の白色光源を用いて計測を行っても良く、次回以降の測定にその波長を選択すればよい。
【００４２】
また、不図示のアパーチャの大きさ（開口の直径）を変えることにより、重ね合わせ検査装置の光学系の、照明光学系のＮＡと、検出光学系のＮＡの比率（＝σ）を変えて、各照明条件で重ね合わせ検査を行っても良い。図６は、重ね合わせ検査装置の光学系の、照明光学系のＮＡと、検出光学系のＮＡの比率（＝σ）を変えた場合の検出波形のシミュレーション結果である。これらの波形を用いて各照明条件毎に重ね合わせ計測を行い残差成分を求め、その中から一番残差成分の値が小さくなる照明条件を選択すればよい。
【００４３】
次に図７を用いて、本発明の第４の実施例を説明する。図７（ａ）は、Ｂｏｘｉｎ　Ｂｏｘタイプと呼ばれている従来の重ね合わせ検査マークを示す図である。ここで、図７（ｂ）に示すＢｏｘ　ｉｎ　Ｂａｒタイプと呼ばれる重ね合わせ検査マークにおいて、マーク２８の線幅ｄが異なるものを複数用意し、用意した線幅が異なる重ね合わせ検査マークの全て、あるいは特定したマークに対して計測を行い、その計測値を基に、残差成分が最も小さい時の線幅のマークを選択すればよい。
【００４４】
次に図１０を用いて、本発明の第５の実施例を説明する。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は重ね合わせ検査マークと、重ね合わせ検査装置の対物レンズ２９の関係を示す図であり、それぞれ、対物レンズ２９に対する重ね合わせ検査マークのフォーカス位置がことなる位置に設定されている。そして各図の最下段の図は、各フォーカス位置での重ね合わせ検出マークの検出信号である。図１０（ａ）は、重ね合わせ検査マークの外側のマークにフォーカスが合っている場合、図１０（ｃ）は、重ね合わせ検査マークの外側のマークにフォーカスが合っている場合、図１０（ｂ）は、外側と内側の２つの重ね合わせ検査マークの中間位置にフォーカスがあっている場合の図である。フォーカス位置の違いにより、重ね合わせ検出信号の波形も変わることにより、このフォーカス位置の違いを測定パラメータとして重ね合わせ検査を行ない、得られた結果と、前記評価値を比較することにより最適なフォーカス位置を決定することができる。
【００４５】
次に、図３を用いて、本発明の第６の実施例を説明する。図６において、不図示の輪帯形状のアパーチャーを用いて重ね合わせ検査マークを暗視野照明し、暗視野検出を行う方法、あるいは、輪帯形状のアパーチャーを使用せずに、垂直落斜照明を行い明視野検出を行っても良く、明視野検出方法と暗視野検出方法の違いをパラメータとして計測してもよい。
【００４６】
次に、図１１を用いて、本発明の第７の実施例を説明する。図１１は重ね合わせ検査装置の光学系に、位相差干渉光学系を適用したものである。この位相差干渉光学系は、特開平２０００−１３８１６４に開示しているが、ここでもう一度説明する。
【００４７】
光源には例えばＨｅ−Ｎｅレーザ２３１を使用する。光源が異なるだけで、ウエハ１の像をＣＣＤカメラ２１４の撮像面上に形成する事は図３と同じである。但し、次に説明する干渉像とする為の参照光と干渉性を上げる為に、偏光ビームプリッタ２０９とエレクター２１３の間に偏光板２２１を構成する。また、光源にＨｅ−Ｎｅレーザ２３１を使用しているので、その光はコヒーレント光のため、そのまま照明するとウエハ１上でスペックルが発生する。よって、その光をインコヒーレント化する必要がある。このインコヒーレント化する方法は色々あるが、図１１においては、光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ２３１とファイバ７の間に回転拡散板２３２を配置し、ＣＣＤカメラ２１４に像として取り込む時間内に、スペックルを移動させて平均化する方法を示している。
【００４８】
次に干渉像とする為の参照光について説明を行なう。レーザ２３１から射出した光束６を、ファイバ７、照明系光学系８を透過させ、偏光ビームスプリッタ２０９を透過したＰ偏光の光は、λ／４波長板２２２により円偏光となり、ミラー２２３で反射される。この時ミラー２２３は、観察するウエハ１と光学的な共役面に配置する。反射した光は再度λ／４波長板２２２を透過し、Ｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ２０９を今度は反射し、偏光板２２１を透過し、エレクタ２１３によりＣＣＤカメラ２１４の撮像面上に参照光として形成され、前述のウエハ１からの反射像と参照光により干渉像が形成される。
【００４９】
そして、この光学系において、２つのフォーカス位置の干渉像の差分を取る事で、コントラストを２倍にした像を得る方法について説明する。
【００５０】
この２つのフォーカス位置は、図１１に示した重ね合わせ検査マーク２０３と重ね合わせ検査マーク２０２のＣＣＤカメラ２１４の出力の差（＝像の強度の差）が最も大きくなって、符号が逆となるフォーカス位置とする事である。
【００５１】
例えば、重ね合わせ検査マーク３の段差が照明波長λ（Ｈｅ−Ｎｅレーザなら６３３ｎｍ）に対して１／４（＝λ／４）だったとする。すると重ね合わせ検査マーク２と参照光の光路長差が、照明波長λの整数倍の干渉の明るい条件にフォーカスを変えて設定すると、重ね合わせ検査マーク２の干渉像は最も強度が強くなる（図１２（ａ）参照）。一方、重ね合わせ検査マーク３については、段差がλ／４なので、逆に最も弱い強度となる。（参照光の反射強度とウエハからの反射強度が等しければ、干渉縞のビジビリティーが高くなり、完全に強度は無くなってしまう。）
次にフォーカスを前のフォーカスからλ／４だけ変えると、今度は重ね合わせ検査マーク２と参照光の光路長差が、照明波長λの整数倍にλ／４を足した干渉の暗い条件になり、マークの外側２の干渉像は、最も強度が弱くなる。一方、アライメントマーク３については、段差がλ／４なので、逆に最も強い強度となる（図１２（ｂ）参照）。
【００５２】
図１２（ｃ）は、この２つの像の差分を取ることで、１つのフォーカス位置の干渉像の２倍のコントラストを持つ像を得ることが可能となるのを示した図である。
【００５３】
本発明の干渉顕微鏡方式は、リニーク干渉顕微鏡方式に近いが、対物と同じものを使用せずに、中間像を作成してその反射光を参照光と使用している。
【００５４】
以上説明した光学系を有する重ね合わせ検査装置を用いて、互いに異なる複数の測定パラメータを用いて事前に計測を行い、得られた計測結果と、基準となる前記ステージ精度と比較し、前記ステージ精度以下の計測結果が得られたときの測定パラメータを、実際の重ね合わせ検査測定時に使用する最適パラメータの候補としてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば、重ね合わせ検査装置において、重ね合わせ検査マークの相対位置ずれ量を測定する際、事前に、複数の測定パラメータを用いて重ね合わせ検査を行い、その計測結果と、基準となる評価装置である、ステージ精度、あるいは、ウエハ全ショット間のＴＩＳ値のばらつき量と比較して、その基準評価値以下となる測定結果を得ることができる測定パラメータを最適なパラメータとし、次回以降の重ね合わせ計測にこの最適パラメータを用いて計測を行うことにより、ＷＩＳの影響を受けにくい測定を行うことが可能となり、高精度な重ね合わせ測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＣＤの撮像面上の重ね合わせ検査マーク像と、光電変換信号を示す図
【図２】測定パラメータと残差成分の関係を示す図
【図３】重ね合わせ検査装置の光学系概略図
【図４】重ね合わせ検査の流れを示す図
【図５】重ね合わせ検査装置の光学系概略図
【図６】照明光学系のＮＡと検出光学系のＮＡの比率によって変化する波形を示す図
【図７】重ね合わせ検査マークを示す図
【図８】露光装置とアライメントスコープ（ＡＳ）の関係を示す図
【図９】グローバルアライメントの方法を示す図
【図１０】対物レンズと重ね合わせ検査マークのフォーカス位置と検出信号のコントラストの関係を示す図
【図１１】干渉光学系方式を用いた重ね合わせ検査装置の概略を示す図
【図１２】干渉光学系方式を用いた重ね合わせ検査装置から得られる検出信号を示す図
【符号の説明】
１　ウエハ
２　エッチングパターンマーク
３　レジストパターンマーク
５　ハロゲンランプ
６　光束
７　ファイバ
８　照明光学系
９　ビームスプリッタ
１０　対物レンズ
１１　リレーレンズ
１２　エレクター
１３、２１４　ＣＣＤカメラ
１４、１８，１９　重ね合わせ検査マーク像
１５　コンピュータ
１６　光電変換信号
１７　スライスレベル
２０、２１　光源
２２、２２３　ミラー
２３、２４，２５，２６，２７、２９、３０、３１　工程
２８　マーク
２９　対物レンズ
１１８　ＸＹステージ
１２９、１３０　フォーカス検出系
１３３　ウエハチャック
２０２、２０３　重ね合わせ検査マーク
２０９　偏光ビームスプリッター
２１３　エレクター
２２１　偏光版
２２２、２３３　λ／４波長板
２３１　Ｈｅ−Ｎｅレーザー
２３２　回転拡散板
２３４　シャッター

Claims

露光レイヤー間の露光状態の相対位置ずれ量を、重ね合わせ検査マークを用いて計測する重ね合わせ検査装置において、事前に互いに異なる複数の測定パラメータを用いてウエハ上の重ね合わせ検査マークに対する重ね合わせ測定を行い、その互いに異なる複数の測定パラメータ毎に測定結果と、露光装置のステージ精度に基づく評価値を比較し、前記測定結果が評価値以下の時の測定パラメータを記憶装置に記憶し、実際に測定すべきウエハに対して重ね合わせ検査を行う時、前記記憶装置に記憶しておいた測定パラメータの中で最も良い測定結果を得ることができたパラメータを用いて重ね合わせ測定をする事を特徴とする重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記評価値とは、単体の露光装置上で作製された重ね合わせ検査マークを用いて測定し、前記露光装置のステージ精度の√２倍であることを特徴とする請求項１記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記評価値とは、Ｍｉｘ＆Ｍａｔｃｈで作製された重ね合わせ検査マークを用いて測定し、かつ、重ね合わせ検査マークを作製した２台の露光装置のステージ精度の自乗和であることを特徴とする請求項１記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記評価値とは、重ね合わせ測定を、ウエハ上の重ね合わせ検査マークに対して複数回測定して得られる測定再現性であることを特徴とする請求項１記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。
露光レイヤー間の露光状態の相対位置ずれ量を、重ね合わせ検査マークを用いて計測する重ね合わせ検査装置において、ウエハ上の重ね合わせ検査マークを用いて測定を行う際、事前に互いに異なる複数の測定パラメータを用いて以下の計測を行う。
ウエハを、ある姿勢と、その姿勢に対して面内に１８０度回転した二つの姿勢で計測し、その二つの計測値の和又は平均値を各ショットで求め、そのばらつきの値を求める。
そして、前記各ショット間のばらつきが最小である時の測定パラメータを用いて、次回以降の重ね合わせ検査を行う事を特徴とする重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記測定パラメータとは、前記重ね合わせ検査マークから検出される測定信号に対する画像信号処理方式のパラメータであることを特徴とする請求項２から請求項５記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記測定パラメータとは、前記重ね合わせ検査装置の光学系の、光源の波長、または、照明条件、であることを特徴とする請求項２から請求項５記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記測定パラメータは、前記重ね合わせ検査マークの線幅の種類であることを特徴とした請求項２から請求項５記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記測定パラメータとは、重ね合わせ検査マークが形成されているウエハのフォーカス位置であることを特徴とした請求項２から請求項５記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。
前記測定パラメータとは、重ね合わせ検査装置の光学系による、重ね合わせ検査マークの検出方法であることを特徴とした請求項２から請求項５記載の重ね合わせ検査方法、及び装置。