JP2004279332A - Method and instrument for measuring position, exposure method, and exposure device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光基板(ウエハなど)上の各ショット領域に順次マスクのパターン像を転写するにあたって、各ショット領域の位置を計測する際に用いて好適な位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスまたは液晶表示デバイス等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下「レチクル」と総称する)のパターン像を投影光学系を介して感光基板上の各ショット領域に投影する投影露光装置が使用されている。近年、この種の投影露光装置としては、感光基板を2次元的に移動自在なステージ上に載置し、このステージにより感光基板をステップ移動させて、レチクルのパターン像を感光基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の露光装置、例えば縮小投影型の露光装置(ステッパー)が多用されている。
【0003】
例えば半導体デバイスは、感光基板として、感光材が塗布されたウエハ上に多数層の回路パターンを重ねて形成されるので、2層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に回路パターンが形成された各ショット領域とこれから露光するレチクルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチクルとの位置合わせ(アライメント)を精確に行う必要がある。
【0004】
例えば、回路パターン(ショット領域)がマトリックス状に配置された一枚のウエハに対して、重ね合わせ露光を行う際にウエハをアライメントする方式としては、例えば特許文献1に開示されている、いわゆるエンハンスド・グローバル・アライメント(EGA)が主流となっている。EGA方式とは、ウエハ上に形成された複数のショット領域のうち、少なくとも三つの領域(以下EGAショットと称する)を指定し、各ショット領域に付随したアライメントマーク(ウエハマーク)の座標位置をオフアクシスアライメント系にて計測する。
【0005】
その後、計測値と設計値とに基づいてウエハ上のショット領域の配列特性(位置情報)に関する誤差パラメータ(オフセット、スケール、回転、直交度)を最小二乗法等により統計演算して決定する。そして、この決定されたパラメータの値に基づいて、ウエハ上の全てのショット領域に対してその設計上の座標値を補正し、この補正された座標値に従ってウエハステージを、投影光学系とオフアクシスアライメント系との間の距離であるベースライン量を用いてステッピングさせてウエハを位置決めする方式である。この結果、レチクルパターンの投影像とウエハ上の複数のショット領域のそれぞれとが、ショット領域内に設定された加工点(座標値が計測、又は算出される基準点であり、例えばショット領域の中心)において正確に重ね合わされて露光されることになる。
【0006】
ところで、ウエハステージにロードされるウエハは、プリアライメントされた状態で載置されるが、ファインアライメントとしてのEGA計測を実行できるレベルでの位置決めはされていない。そのため、通常、EGA計測を実行する前にEGA計測に支障を来さない程度にウエハを粗調整する、いわゆるサーチアライメントが行われている。このサーチアライメントは、予め指定されたショット領域(例えば2箇所、以下サーチショットと称する)においてサーチアライメント用マーク(サーチマーク)を計測し、この計測結果に基づいてショット領域の座標値を補正するものである。
【0007】
このようなサーチマークは、この種のアライメント系としては、ウエハ上に形成された格子状のアライメントマークに対してレーザ光束を照射し、その反射光強度の変化によりアライメントマーク位置を計測するLSA(レーザ・ステップ・アライメント)方式がある。また、格子状のアライメントマークの2つの対称な次数方向(例えば、+1次回折光の方向と−1次回折光の方向)からコヒーレントな光束を入射し、格子マークから同一方向に発生する2つの回折光成分を干渉させて格子マークのピッチ方向の位置や位置ずれを計測するLIA(レーザ干渉アライメント)方式などがある。さらに、ウエハステージを静止させてウエハのアライメントマーク上にハロゲンランプからの白色光等の照明光を照射して、得られたアライメントマークの画像を撮像素子により所定の撮像視野内で撮像し、画像処理によってアライメントマーク位置を計測するFIA(フィールド・イメージ・アライメント)方式がある。
【0008】
図9に、FIA方式のアライメントセンサにより、カメラ視野(撮像視野)FV内に十字状のサーチマーク(マーク、基板マーク)SMが撮像された一例を示す。なお、ウエハ上に形成されたアライメントマークとして、例えばファインアライメントには図11(a)に示すようなマークが用いられ、サーチアライメントには図11(b)に示すようなマークが用いられるが、以下の説明では簡易的に十字状のマークを用いるものとする。
【0009】
カメラ視野FV内に撮像されたサーチマークSMに対しては、二次元画像を画像処理すると処理時間が多くなりスループット的に不利になることに加えて、低コントラストでは計測精度が劣る等の理由から、二次元画像を非計測方向(計測方向と直交する方向)に圧縮して、一次元画像で画像処理したマーク位置計測を行っている。
【0010】
【特許文献1】
特開昭61−44429号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、FIAアライメント系を用いた従来の位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置には、以下のような問題が存在する。
【0012】
カメラ視野に対してサーチマークを小型化した場合、二次元の視野全体を一次元に圧縮すると、図10(a)に示すように、サーチマークの信号コントラストが低下し、マークをサーチ(探索)した際に検出能力が落ちるという問題が発生する。この問題の対策として、カメラ視野を狭くするとサーチマークの占有する割合が相対的に大きくなりコントラストが向上するが、確実にカメラ視野内でサーチマークを撮像するためにプリアライメント精度を上げる必要が生じてしまう。逆に、カメラ視野の大きさを維持してサーチマーク自体を大型化することも考えられるが、パターン領域の大きさに悪影響を及ぼすという不都合が生じてしまう。
【0013】
そこで、サーチマークの像は、マーク中心の存在し得る範囲の中、カメラ視野内で中心近傍に位置する確率が高いことから、従来では図9に示すように、カメラ視野FVの中、中心を通る帯状の領域Bのみを取り出し、この領域Bのみの画像を圧縮して処理していた。この方法によれば、カメラ視野に対するサーチマークSMの像が占有する割合が相対的に大きくなり、所定の信号コントラストを得やすいという長所がある。ところが、プリアライメントの精度によっては、図9に示したように、サーチマークSMがカメラ視野FV内で中心領域Bから外れた位置で撮像されることがある。
【0014】
この場合、中心領域Bに対して一次元画像処理でサーチを行っても、図10(b)に示すように、十分な信号コントラストが得られず正確なマーク位置計測が実施できないという問題があった。また、最悪の場合、サーチマークSMが完全に中心領域Bから外れてしまい、マーク検出不能という自体に陥ってしまう。このように、領域BにおいてサーチマークSMが検出されないとエラーが発生し、マーク検出可能位置を別途指示する等、オペレータが介在せざるを得なくなるため、スループットが低下して生産効率が下がるという問題があった。
【0015】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、マーク位置検出時間が増加することなく、マークの検出能力を向上させる位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図1ないし図7に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の位置計測方法は、物体(W)上に形成されたマーク(SM)を所定の撮像視野(FV)内で撮像し、該撮像結果に基づいてマーク(SM)の位置情報を計測する位置計測方法であって、撮像視野(FV)を複数の領域(A、B、C)に分割し、分割された領域毎にマーク(SM)の像を順次探索することを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明の位置計測装置は、物体(W)上に形成されたマーク(SM)を所定の撮像視野(FV)内で撮像する撮像部と、撮像部で撮像された結果に基づいてマーク(SM)の位置情報を計測する計測部(19)とを有する位置計測装置(17)であって、撮像視野(FV)を複数の領域(A、B、C)に分割し、分割された領域(A、B、C)毎にマーク(SM)の像を順次探索するように計測部(19)を制御する制御部(15)を備えることを特徴とするものである。
【0018】
従って、本発明の位置計測方法および位置計測装置では、まず複数の領域の一つ(B)でマーク(SM)を探索し、探索できない場合は他の領域(A)を探索する。このように、マーク(SM)を検出できるまで、順次分割された領域(A、B、C)を探索できるため、マーク(SM)の検出能力が向上する。そのため、人手を介在させることなく、短時間でマーク(SM)を検出することができる。また、探索する領域(A、B、C)は、撮像視野(FV)を分割しているので、マーク(SM)の像の占有する割合が相対的に大きくなっており、所定のコントラストを容易に得ることができるため、マーク(SM)の検出が容易である。
【0019】
そして、本発明の露光方法は、マスク(R)上のマスクマークと基板(W)上の基板マーク(SM)と用いてマスク(R)と基板(W)とを位置合わせした後に、マスク(R)のパターンを基板(W)に露光する露光方法において、マスクマークと基板マーク(SM)との少なくとも一方の位置を、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載された位置計測方法により計測することを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明の露光装置は、マスク(R)上のマスクマークと基板(W)上の基板マーク(SM)と用いてマスク(R)と基板(W)とを位置合わせし、マスク(R)のパターンを基板(W)に露光する露光装置(1)において、マスクマークと基板マーク(SM)との少なくとも一方の位置を計測する装置として、請求項10から請求項14のいずれか一項に記載された位置計測装置(17)が用いられることを特徴とするものである。
【0021】
従って、本発明の露光方法および露光装置では、マスク(R)と基板(W)とを位置合わせする際にマスクマークまたは基板マーク(SM)に対する検出能力が向上し、スループットの向上に寄与できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置の第1の実施の形態を、図1ないし図4を参照して説明する。ここでは、例えば、ステップ・アンド・リピート型の露光装置を用い、半導体デバイス製造用のウエハ上にレチクル上の回路パターンを露光する場合の例を用いて説明する。また、本発明の位置計測装置を、レチクルとウエハとを位置合わせする際にウエハ上に形成されたアライメントマークの位置計測に用いるものとして説明する。これらの図において、従来例として示した図9および図10と同一の構成要素には同一号を付し、その説明を省略する。
【0023】
図1は、露光装置1の概略構成図である。超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源2から射出された照明光は、反射鏡3で反射されて露光に必要な波長の光のみを透過させる波長選択フィルタ4に入射する。波長選択フィルタ4を透過した照明光は、オプティカルインテグレータ(フライアイレンズ、又はロッド)5によって均一な強度分布の光束に調整されて、レチクルブラインド(視野絞り)6に到達する。レチクルブラインド6は、駆動系6aによって開口Sを規定する複数のブレードがそれぞれ駆動し、開口Sの大きさを変化させて照明光によるレチクル(マスク)R上の照明領域を設定するものである。
【0024】
レチクルブラインド6の開口Sを通過した照明光は、反射鏡7で反射されてレンズ系8に入射する。このレンズ系8によってレチクルブラインド6の開口Sの像がレチクルステージ20上に保持されたレチクルR上に結像され、レチクルRの所望領域が照明される。なお、図1では、これら波長選択フィルタ4、オプティカルインテグレータ5、レチクルブラインド6、レンズ系8により照明光学系が構成される。また、レチクルステージ20は、投影光学系9の光軸と垂直な面内で2次元移動可能であるとともに、レチクルステージ20(レチクルR)の位置及び回転量は不図示のレーザ干渉計によって検出され、このレーザ干渉計の計測値(位置情報)は、後述するステージ制御系14、主制御系15、及びアライメント制御系19にそれぞれ出力される。
【0025】
レチクルRの照明領域に存在する回路パターン及び/又はアライメントマークの像は、レジストが塗布されたウエハ(物体、基板)W上に投影光学系9によって結像される。これにより、ウエハステージ10上に載置されるウエハW上の特定領域(ショット領域)にレチクルRのパターン像及び/又はアライメントマーク像が露光される。
【0026】
ウエハステージ10は、ウエハWを真空吸着するウエハホルダ(不図示)を有するとともに、リニアモータ等の駆動装置11によって、投影光学系9の光軸と垂直で互いに直交するX方向及びY方向に移動される。これにより、投影光学系9に対してその像面側でウエハWが2次元移動され、例えばステップ・アンド・リピート方式(又はステップ・アンド・スキャン方式)で、ウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターン像が転写されることになる。
【0027】
また、ステージ移動座標系(直交座標系)XY上でのウエハステージ10(ウエハW)のX、Y方向の位置、及び回転量(ヨーイング量、ピッチング量、ローリング量)は、ウエハステージ10の端部に設けられた移動鏡(反射鏡)12にレーザ光を照射するレーザ干渉計13によって検出される。レーザ干渉計13の測定値(位置情報)は、ステージ制御系14、主制御系15、及びアライメント制御系19にそれぞれ出力される。ステージ制御系14は、主制御系15及びレーザ干渉計13などからの位置情報に基づいて、駆動装置11などを介してレチクルステージ20及びウエハステージ10の移動をそれぞれ制御する。主制御系15は、駆動系6aを介してレチクルブラインド6の開口Sの大きさや形状を制御するとともに、アライメント制御系19から出力されるウエハW上のアライメントマークの位置情報に基づいてEGA計算を行う他、装置全体を統括制御する。
【0028】
この露光装置1には、レチクルRとウエハWとの位置合わせを行うために、例えばTTR(スルー・ザ・レチクル)方式のレチクル・アライメントセンサ16およびオフアクシス方式のウエハ・アライメントセンサ(位置計測装置)17が備えられている。
【0029】
レチクル・アライメントセンサ16は、例えば露光用照明光を用いてレチクルRに形成された不図示のアライメントマーク(マスクマーク)と投影光学系9とを介して基準マーク部材18上の基準マークを検出する。露光光アライメント方式では、撮像素子(CCD)を用いてレチクルRのアライメントマークと基準マークとをモニタに表示することで、その位置関係を直接的に観察できる。基準マーク部材18は、ウエハステージ10上に固定され、ウエハWの表面と同じ高さに基準マークが形成されている。
【0030】
レチクル・アライメントセンサ16は、レチクルRのアライメントマーク及び基準マークの撮像信号をアライメント制御系19に出力する。アライメント制御系19は、その撮像信号に基づいて両マークの位置ずれ量を検出するとともに、レチクルステージ20及びウエハステージ10の位置をそれぞれ検出するレーザ干渉計13などの測定値も入力し、両マークの位置ずれ量が所定値、例えば零となるときのレチクルステージ20及びウエハステージ10の各位置を求める。これにより、ウエハステージ移動座標系XY上でのレチクルRの位置が検出される、換言すればレチクルステージ移動座標系とウエハステージ移動座標系XYとの対応付け(即ち、相対位置関係の検出)が行われ、アライメント制御系19はその結果(位置情報)を主制御系15に出力する。
【0031】
なお、アライメントセンサ16には、アライメント用照明光として単一波長のレーザビーム(He−Neレーザなど)、多波長光、広帯域光、及び露光光などのいずれを用いてもよいし(但し、露光光以外をアライメント照明光として用いる場合には、投影レンズで発生する色収差を補正する公知の補正光学素子を、レチクルRと投影光学系9との間、または投影光学系9の瞳面近傍に配置する必要がある)、受光素子として撮像素子やSPDなどを用いてもよい。
【0032】
オフアクシス方式のウエハ・アライメントセンサ17のアライメント方式としては、FIA方式、LSA方式、LIA方式または露光光を使用する露光光アライメント方式を適用できる。ウエハ・アライメントセンサ17には、LSA方式、LIA方式ではSPD等の光電変換素子を使用し、FIA方式ではCCDカメラ等の撮像素子を使用する。これらの方式のうち、本実施の形態ではFIA方式を採用している。
【0033】
即ち、ウエハ・アライメントセンサ17は投影光学系9とは別設される対物光学系を介して、ウエハW上のレジストを感光させない波長域の照明光、例えば波長が550〜750nm程度の広帯域光(ブロードバンド光)をウエハW上のアライメントマークに照射するとともに、その対物光学系を通してCCDカメラ等、不図示の撮像素子(撮像部)の受光面上に指標マークの像(不図示)とともにそのアライメントマークの像を形成し、両マーク像の撮像信号(画像信号)をアライメント制御系19に出力する。また、ウエハ・アライメントセンサ17はAF(オートフォーカス)機能、即ち前述の対物光学系の光軸に沿った方向に関するウエハWの位置情報を検出する機能を備えており、その位置情報に基づいてウエハステージ10を駆動することで、ウエハW上のアライメントマークを前述の対物光学系の焦点面に配置することが可能となっている。
【0034】
アライメント制御系19は、ウエハ・アライメントセンサ17からの撮像信号に基づいて、計測部として両マークの位置ずれ量を計測するとともに、レーザ干渉計13の測定値も入力してその位置ずれ量が所定値、例えば零となるときのウエハステージ10の位置をウエハステージ移動座標系XY上でのアライメントマークの座標値として求め、その位置情報を主制御系15に出力する。
【0035】
主制御系15は、制御部としてアライメント制御系19に対してその信号処理条件などに関する指令を与えるとともに、アライメント制御系19から出力されるアライメントマークの位置情報(座標値)に基づいてEGA計算を行う、即ちウエハW上の各ショット領域(基準点、例えばショットセンタ)の位置情報(座標値)を算出する。さらに主制御系15は、ウエハ・アライメントセンサ17のベースライン量に基づいてその算出した座標値を補正し、この補正した座標値をステージ制御系14に出力する。ステージ制御系14は、主制御系15からの位置情報に基づいて、駆動装置11を介してウエハステージ10の移動を制御する。これにより、例えばステップ・アンド・リピート方式(又はステップ・アンド・スキャン方式)で、ウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターン像が転写されることになる。
【0036】
続いて、上記の構成の露光装置1を用いて露光処理を行うにあたって、ウエハW上に形成されたサーチマークSMの位置をウエハ・アライメントセンサ17により計測する、いわゆるサーチアライメントを実施する手順を図2に示すフローチャートを用いて説明する。なお、レチクルRに対するアライメントは既に完了しているものとする。
【0037】
ウエハステージ10上に露光処理対象となるウエハWがロードされると、マーク位置計測を開始する(ステップS0)。まず、ステージ制御系14、駆動装置11を介してウエハステージ10(ウエハW)を移動して、ウエハ・アライメントセンサ17の計測領域にサーチマークSMを位置させる(ステップS1)。ウエハWの移動が完了すると、ウエハ・アライメントセンサ17は、ウエハWのフォーカス調整を行った後に、ハロゲンランプ等からの照明ビームで照明されたサーチマークSMの像を、図3に示すように、撮像素子を用いて所定のカメラ視野FV内で撮像して(ステップS2)、画像信号をアライメント制御系19に出力する。
【0038】
アライメント制御系19が入力した画像信号を用いてカメラ視野FV内でサーチマークSMの像をサーチするにあたって、主制御系15からはカメラ視野FVをY方向に沿った帯状の領域A、B、Cに3分割し、領域B→A→Cの順序でサーチマークSMの像をサーチするように指示が出される。そのため、アライメント制御系19は、まずカメラ視野FV内の領域(第1領域)Bに対して一次元画像処理によりサーチマークSMの像をサーチし(ステップS3)、サーチマークSMが検出されたか否かを判断する(ステップS4)。
【0039】
領域Bでは、図10(b)に示したように、計測されたマーク信号が所定のコントラストを有していないため、サーチマークSMを検出できない。そこで、アライメント制御系19は、引き続いて領域(第2領域)Aに対して一次元画像処理によりサーチマークSMの像をサーチし(ステップS5)、サーチマークSMが検出されたか否かを判断する(ステップS6)。なお、ステップS4でサーチマークSMを検出した場合は、後述のステップS7の処理を実行する。
【0040】
領域Aでは、図4(a)に示されるように、計測された信号が所定のコントラストを有しているため、サーチマークSMを検出できる。そこで、アライメント制御系19は、以後のサーチ処理を終了させ、サーチマークSMと指標マークとの間の位置ずれ量を計測し、レーザ干渉計13の測定値も入力してその位置ずれ量が所定値、例えば零となるときのウエハステージ10の位置をウエハステージ移動座標系XY上でのサーチマークSMの座標値(位置情報)として求め、その位置情報を主制御系15に出力する(ステップS7)。
【0041】
一方、もしステップS6でサーチマークSMを検出できなかった場合は、ステップS8で領域CをサーチしてサーチマークSMが検出されたか否かを判断する(ステップS9)。ステップS9でサーチマークSMが検出されたときは、ステップS7の処理を実行するが、十分な信号コントラストが得られない場合や、領域CにサーチマークSMが存在せず、図4(b)に示されるように、計測された信号がコントラストを全く有していない場合、アライメント制御系19は、主制御系15の指示に基づき一次元画像処理を中止し、二次元画像処理でカメラ視野FV全体をサーチして(ステップS10)、サーチマークSMが検出されたか否かを判断する(ステップS11)。
【0042】
ここで、サーチマークSMを検出した場合は、上記ステップS7の処理を実行するが、二次元画像処理でもサーチマークSMを検出できなかった場合は、何らかの障害によりエラーが発生したものとして、オペレータ・コールを実行し(ステップS12)、オペレータによる指示を仰ぐ。
【0043】
サーチマークSMの位置計測が終了すると、主制御系はこのマーク位置を記憶するとともに、アライメント制御系19により他のサーチマークに対しても、上記と同様の手順でマーク位置計測を実施し、その位置を記憶する。この後、主制御系15は、計測されたサーチマークSMのウエハステージ移動座標系XY上での座標値、及び対応する設計上の座標値とに基づいて演算処理を行い(ステップS13)、EGAショット毎にウエハステージ移動座標系XY上でのウエハマークの設計上の座標値を補正して、サーチアライメント時のマーク位置計測が終了する(ステップS14)。
【0044】
この後、ステージ制御系14は、ファインアライメントを実行すべく、この補正された座標値を目標値とし、レーザ干渉計13の測定値に基づいてウエハステージ10を移動し、EGAショット毎にウエハマークをそれぞれウエハ・アライメントセンサ17により順次計測する。そして、主制御系15は、得られた計測値と設計値とに基づいて最小二乗法等の統計演算処理により、ウエハW上のショット領域の配列特性に関する位置情報として、シフト、スケール、回転、直交度等の誤差パラメータを算出し、これらの誤差パラメータに基づいて、ウエハW上の全てのショット領域に対して設計上の座標位置を補正する。
【0045】
そして、投影光学系9の結像特性(投影倍率、歪曲収差等)を調整するとともに、その補正(算出)された座標位置と、ベースライン量とを用いてウエハステージ10を順次ステップ移動させて、ステップ・アンド・リピート方式でレチクルR上のパターンをウエハW上の各ショット領域に順次露光する。
【0046】
本実施の形態の位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置では、カメラ視野FVを複数の領域A、B、Cに分割し、分割した領域毎にサーチマークSMを一次元画像処理によりサーチしているので、各領域に対するサーチマークSMの占有する割合が増え、マークの信号コントラストが向上し、マークの検出能力および検出精度を向上させることができるとともに、領域の一つでマークが検出されなくても、他の領域を順次サーチすることで、露光装置を停止してオペレータを介在させる頻度を低減でき、生産効率の低下を防ぐことが可能になる。特に、本実施の形態では、一次元画像処理でマーク検出ができなかった場合に二次元画像処理でマークをサーチするようにしているため、検出不能によるエラーの発生頻度を大幅に低減でき、生産効率の低下を一層効果的に防止することができる。
【0047】
また、本実施の形態の位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置では、分割された領域の一つでサーチマークSMを検出した場合には、他の領域をサーチしないので、余計な計測時間を省略することができ、スループットの向上にも寄与できる。従って、本実施の形態の露光方法および露光装置では、マーク位置計測の検出能力が高まることで、レチクルRとウエハWとの位置合わせに要する時間が短縮され、生産効率の向上に寄与できる。なお、上記実施の形態では、領域のサーチ順序をB→A→Cとしたが、これに限定されるものではなく、いずれの領域からサーチを開始してもよい。
【0048】
図5ないし図7は、本発明の位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置の第2の実施の形態を示す図である。これらの図において、図1ないし図4に示す第1の実施の形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。第2の実施の形態と上記の第1の実施の形態とが異なる点は、先にマーク位置計測を実施した結果を後のマーク位置計測に反映させるようにしたことである。
【0049】
まず、本実施の形態に用いられるウエハについて説明する。
図5に示すように、ウエハWには、複数のショット領域がマトリックス状に配列されており、各ショット領域には前工程での露光及び現像等によりそれぞれチップパターンが形成される。また、各ショット領域には、図11(a)および(b)で示したウエハマークおよびサーチマークがそれぞれ形成されている。そして、ここでは、サーチアライメント時に、ウエハW上に形成された二つのサーチマークSM1、SM2(適宜、SMと総称する)の位置をウエハ・アライメントセンサ17により計測する手順を図7に示すフローチャート図を用いて説明する。
【0050】
なお、計測対象となる第2物体としてのウエハ(N(N≧2)枚目のウエハ)Wに形成された第2マークとしてのサーチマークSM1、SM2の計測前に、第1物体としてのウエハ(1枚目〜N−1枚目までのウエハW)を計測したときに、第1マークとしてのサーチマークSM1、SM2が検出された領域を主制御系15がそれぞれ記憶している。サーチマークSM1が検出された領域の度数を図6(a)に示し、サーチマークSM2が検出された領域の度数を図6(b)に示す。この図に示すように、サーチ時にサーチマークSM1、SM2が検出される領域は、プリアライメント誤差や装置自体が有するオフセット値に依存してある傾向をもっているため、マーク毎にカメラ視野FV内の位置がある程度決まってくる。そこで、本実施の形態では、各サーチマークが検出された度数に応じて、主制御系15がアライメント制御系19に対してサーチする順序を決定・指示する。
【0051】
以下、図7を参照して詳細に説明する。
ステップS2において、ウエハ・アライメントセンサ17により、例えばサーチマークSM1の像が撮像され、その画像信号がアライメント制御系19に出力されると、主制御系15の指示に基づき、アライメント制御系19は以前の計測済みのウエハでサーチマークSM1が最も多く検出された領域B(図6(a)参照)に対して一次元画像処理によりサーチマークSM1の像をサーチする(ステップS15)。
【0052】
そして、ステップS4において、サーチマークSM1を検出できなかったと判断されると、アライメント制御系19は計測済みのウエハでサーチマークSM1が二番目に多く検出された領域Cに対して一次元画像処理によりサーチマークSM1の像をサーチする(ステップS16)。同様に、ステップS6において、サーチマークSM1を検出できなかったと判断されると、アライメント制御系19は計測済みのウエハでサーチマークSM1が三番目に多く検出された領域Aに対して一次元画像処理によりサーチマークSM1の像をサーチする(ステップS17)。
【0053】
この領域AにおいてもサーチマークSM1を検出できなかった場合は、上記第1の実施の形態と同様に、二次元画像処理でカメラ視野FV全体をサーチするステップS10以降のシーケンスを実行する。
【0054】
一方、サーチマークSM2を計測する場合は、図6(b)を参照して、ステップS15では領域Bをサーチし、ステップS16では領域Aをサーチし、ステップS17では領域Cをサーチする。
【0055】
本実施の形態の位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置では、上記第1の実施の形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、サーチマークの存在する確率が高い領域から先にサーチしているので、早い段階でのサーチマークの検出確度が高まり、サーチに要する時間を短縮することができスループットの低下を防止することができる。
【0056】
なお、上記第2の実施の形態では、以前に計測したウエハにおいてサーチマークが検出された領域の頻度を反映させるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、同じウエハ内で複数のマークを計測する際には、先の計測でマークが検出された領域の頻度に応じて、マークをサーチする領域を決定してもよい。この場合、同じウエハ内の計測結果を用いるため、マークを検出できる確度が一層高まり、サーチに要する時間をより短縮することができる。
【0057】
また、上記実施の形態では、マーク計測をサーチアライメントに適用するものとして説明したが、これに限られず、ファインアライメントにも適用することができる。さらに、上記実施の形態では、カメラ視野FVを3分割した領域毎にマークをサーチする構成としたが、分割数は2以上であれば幾つでもよい。
【0058】
そして、上記実施の形態では、本発明の位置計測装置をウエハ・アライメントセンサ17に適用する構成としたが、これに限定されず、レチクルRに形成されたアライメントマーク(マスクマーク)の位置情報を計測するレチクル・アライメントセンサ16にも適用可能である。
【0059】
なお、本実施の形態の基板としては、半導体デバイス用の半導体ウエハWのみならず、液晶ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウェハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版(合成石英、シリコンウェハ)等が適用される。
【0060】
露光装置1としては、レチクルRとウエハWとを静止した状態でレチクルRのパターンを露光し、ウエハWを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパー)の他に、レチクルRとウェハWとを同期移動してレチクルRのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(スキャニング・ステッパー;USP5,473,410)にも適用することができる。
【0061】
露光装置1の種類としては、ウエハWに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【0062】
また、光源2として、超高圧水銀ランプから発生する輝線(g線(436nm)、h線(404.nm)、i線(365nm))、KrFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレーザ(193nm)、F2レーザ(157nm)、Ar2レーザ(126nm)のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト(LaB6)、タンタル(Ta)を用いることができる。また、YAGレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
例えば、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【0063】
また、レーザプラズマ光源、又はSORから発生する波長5〜50nm程度の軟X線領域、例えば波長13.4nm、又は11.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet)光を露光光として用いてもよく、EUV露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚(例えば3〜6枚程度)の反射光学素子(ミラー)のみからなる縮小系となっている。さらに、硬X線(例えば波長が1nm程度以下)を露光光として用いてもよく、この露光装置ではプロキシミティ方式が採用される。
【0064】
投影光学系9は、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系9は屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよい。なお、露光光の波長が200nm程度以下であるときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない気体(窒素、ヘリウムなどの不活性ガス)でパージすることが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。また、投影光学系9を用いることなく、レチクルRとウエハWとを近接させてレチクルRのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用可能である。
【0065】
ウエハステージ10やレチクルステージ20にリニアモータ(USP5,623,853またはUSP5,528,118参照)を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ10、20は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
【0066】
各ステージ10、20の駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージ10、20を駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージ10、20に接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージ10、20の移動面側に設ければよい。
【0067】
ウエハステージ10の移動により発生する反力は、投影光学系9に伝わらないように、特開平8−166475号公報(USP5,528,118)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
レチクルステージ20の移動により発生する反力は、投影光学系9に伝わらないように、特開平8−330224号公報(USP 6,020,710)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
【0068】
以上のように、本願実施形態の露光装置1は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【0069】
半導体デバイスは、図8に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ202、シリコン材料からウエハを製造するステップ203、前述した実施形態の露光装置1によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステップ204、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)205、検査ステップ206等を経て製造される。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る位置計測方法は、撮像視野を分割した複数の領域毎にマークの像を順次探索する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、各領域に対するマークの占有する割合が増え、マークの検出能力を向上させることができるとともに、領域の一つでマークが検出されなくても、他の領域を順次サーチすることで、露光装置を停止してオペレータを介在させる頻度が低減でき、生産効率の低下を防ぐことができるという効果が得られる。
【0071】
請求項2に係る位置計測方法は、第1領域を探索した結果に基づいて、第2領域を探索するか否かを決定する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、第1領域の探索でマークを検出した場合に、第2領域の探索を行う必要がなくなるので、余計な計測時間を省略することができ、スループットの向上に寄与できるという効果が得られる。
【0072】
請求項3に係る位置計測方法は、第1領域で計測されたマークの信号が所定のコントラストを有する場合に計測を終了する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、所定のコントラストが得られた時点で計測を終了するので、余計な計測時間を省略することができ、スループットの向上に寄与できるという効果が得られる。
【0073】
請求項4に係る位置計測方法は、マークの像を一次元画像処理により探索する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、低コントラストマークの検出精度を向上させることができるという効果が得られる。
【0074】
請求項5に係る位置計測方法は、一次元画像処理の結果に基づいて、マークの像を二次元画像処理により探索する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、検出不能によるエラーの発生頻度を大幅に低減でき、生産効率の低下を一層効果的に防止できるという効果が得られる。
【0075】
請求項6に係る位置計測方法は、マークを複数計測する際に、第1マークを検出した結果に基づいて、撮像視野内で第2マークを探索する領域を決定する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、早い段階でのマークの検出確度が高まり、探索に要する時間を短縮することができるので、スループットの低下を防止できるという効果が得られる。
【0076】
請求項7に係る位置計測方法は、第2マークを探索するときに、第1マークが検出された領域を先に探索する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、早い段階での第2マークの検出確度が高まるという効果が得られる。
【0077】
請求項8に係る位置計測方法は、物体を複数計測するときに、第1物体でのマークの計測結果に基づいて、第2物体のマークを探索する領域を決定する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、第2物体で早い段階でのマークの検出確度が高まり、探索に要する時間を短縮することができるので、スループットの低下を防止できるという効果が得られる。
【0078】
請求項9に係る露光方法は、マスクマークと基板マークとの少なくとも一方の位置を請求項1から請求項8のいずれか一項に記載された位置計測方法で計測する手順となっている。
これにより、この露光方法では、マスクと基板との位置合わせに要する時間が短縮され、生産効率の向上に寄与できるという効果が得られる。
【0079】
請求項10に係る位置計測装置は、撮像視野を分割した複数の領域毎にマークの像を順次探索するように、制御部が計測部を制御する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、各領域に対するマークの占有する割合が増え、マークの検出能力を向上させることができるとともに、領域の一つでマークが検出されなくても、他の領域を順次サーチすることで、露光装置を停止してオペレータを介在させる頻度が低減でき、生産効率の低下を防ぐことができるという効果が得られる。
【0080】
請求項11に係る位置計測装置は、第1領域を探索した結果に基づいて、第2領域を探索するか否かを制御部が決定する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、第1領域の探索でマークを検出した場合に、第2領域の探索を行う必要がなくなるので、余計な計測時間を省略することができ、スループットの向上に寄与できるという効果が得られる。
【0081】
請求項12係る位置計測装置は、第1領域で計測されたマークの信号が所定のコントラストを有する場合に制御部が計測を終了させる構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、所定のコントラストが得られた時点で計測を終了するので、余計な計測時間を省略することができ、スループットの向上に寄与できるという効果が得られる。
【0082】
請求項13に係る位置計測装置は、マークを複数計測する際に、第1マークを検出した結果に基づいて、撮像視野内で第2マークを探索する領域を制御部が決定する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、マークの検出確度が高まり、探索に要する時間を短縮することができるので、スループットの低下を防止できるという効果が得られる。
【0083】
請求項14に係る位置計測装置は、物体を複数計測するときに、第1物体でのマークの計測結果に基づいて、第2物体のマークを探索する領域を制御部が決定する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では第2物体で早い段階でのマークの検出確度が高まり、探索に要する時間を短縮することができるので、スループットの低下を防止できるという効果が得られる。
【0084】
請求項15に係る露光装置は、マスクマークと基板マークとの少なくとも一方の位置を計測する装置として、請求項10から請求項14のいずれか一項に記載された位置計測装置が用いられる構成となっている。
これにより、この露光装置では、マスクと基板との位置合わせに要する時間が短縮され、生産効率の向上に寄与できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す露光装置の概略構成図である。
【図2】本発明の位置計測方法の第1の実施の形態を示すフローチャート図である。
【図3】3つの領域に分割されたカメラ視野の平面図である。
【図4】(a)は領域Aをサーチしたときの信号波形であり、(b)は領域Cをサーチしたときの信号波形である。
【図5】サーチマークが形成されたウエハの平面図である。
【図6】前のウエハを計測したときの領域とマークが検出された度数との関係図である。
【図7】本発明の位置計測方法の第2の実施の形態を示すフローチャート図である。
【図8】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【図9】従来技術によるカメラ視野の一例を示す平面図である。
【図10】従来技術により、(a)はカメラ視野全体の信号波形であり、(b)は領域Bをサーチしたときの信号波形である。
【図11】(a)はウエハマーク、(b)はサーチマークのそれぞれ平面図である。
【符号の説明】
A 領域(第2領域)
B 領域(第1領域)
FV カメラ視野(撮像視野)
R レチクル(マスク)
SM、SM1、SM2 サーチマーク(マーク、基板マーク)
W ウエハ(物体、第2物体、基板)
1 露光装置
15 主制御系(制御部)
19 アライメント制御系(計測部)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position measurement method, a position measurement apparatus, and an exposure method which are preferably used when measuring the position of each shot area when sequentially transferring a pattern image of a mask to each shot area on a photosensitive substrate (such as a wafer). And an exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
When manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device by a photolithography process, a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is projected onto each shot area on a photosensitive substrate via a projection optical system. A projection exposure apparatus is used. In recent years, as this type of projection exposure apparatus, a photosensitive substrate is placed on a two-dimensionally movable stage, and the photosensitive substrate is step-moved by this stage, so that a reticle pattern image is shot on each of the shots on the photosensitive substrate. An exposure apparatus of a so-called step-and-repeat method, for example, an exposure apparatus (stepper) of a reduction projection type, which repeats an operation of sequentially exposing regions, is often used.
[0003]
For example, since a semiconductor device is formed as a photosensitive substrate by laminating a large number of circuit patterns on a wafer coated with a photosensitive material, when projecting and exposing the second and subsequent circuit patterns on the wafer, the wafer is exposed. It is necessary to precisely align each of the shot areas on which a circuit pattern has already been formed with the pattern image of the reticle to be exposed, that is, the alignment (alignment) between the wafer and the reticle.
[0004]
For example, as a method of aligning wafers when performing overlay exposure on one wafer on which circuit patterns (shot areas) are arranged in a matrix, a so-called enhanced technology disclosed in, for example,
[0005]
Thereafter, error parameters (offset, scale, rotation, orthogonality) relating to the array characteristics (position information) of the shot areas on the wafer are statistically calculated and determined by the least square method or the like based on the measured values and the design values. Then, based on the determined parameter values, the design coordinate values of all shot areas on the wafer are corrected, and the wafer stage and the projection optical system are off-axis in accordance with the corrected coordinate values. In this method, a wafer is positioned by performing stepping using a baseline amount that is a distance from an alignment system. As a result, the projected image of the reticle pattern and each of the plurality of shot areas on the wafer are processing points set in the shot area (the reference points at which coordinate values are measured or calculated. 2) will be exposed in a superimposed manner.
[0006]
The wafer loaded on the wafer stage is placed in a pre-aligned state, but is not positioned at a level at which EGA measurement as fine alignment can be performed. For this reason, usually, so-called search alignment, in which the wafer is roughly adjusted so as not to hinder the EGA measurement, is performed before the EGA measurement is performed. This search alignment measures search alignment marks (search marks) in a predetermined shot area (for example, two locations, hereinafter referred to as search shots) and corrects the coordinate values of the shot area based on the measurement result. It is.
[0007]
As such a search mark, as an alignment system of this type, an LSA (irradiating a laser beam to a grid-like alignment mark formed on a wafer and measuring the position of the alignment mark based on a change in reflected light intensity) is used. There is a laser step alignment) method. Further, a coherent light beam is incident from two symmetric order directions (for example, the direction of the + 1st-order diffracted light and the direction of the -1st-order diffracted light) of the lattice-shaped alignment mark, and the two diffracted lights generated from the lattice mark in the same direction. There is an LIA (Laser Interference Alignment) method of measuring the position or displacement of the grating mark in the pitch direction by causing components to interfere. Further, the wafer stage is stopped, and illumination light such as white light from a halogen lamp is radiated onto the alignment mark of the wafer, and an image of the obtained alignment mark is captured by an image sensor within a predetermined imaging field of view. There is an FIA (Field Image Alignment) method for measuring the alignment mark position by processing.
[0008]
FIG. 9 shows an example in which a cross-shaped search mark (mark, substrate mark) SM is imaged in the camera field of view (imaging field of view) FV by the FIA type alignment sensor. As the alignment marks formed on the wafer, for example, a mark as shown in FIG. 11A is used for fine alignment, and a mark as shown in FIG. 11B is used for search alignment. In the following description, it is assumed that a cross mark is simply used.
[0009]
For the search mark SM imaged in the camera field of view FV, the image processing of a two-dimensional image increases processing time and is disadvantageous in terms of throughput. In addition, a two-dimensional image is compressed in a non-measurement direction (a direction orthogonal to the measurement direction), and mark position measurement is performed by performing image processing on the one-dimensional image.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-61-44429
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, the conventional position measurement method, position measurement device, exposure method, and exposure device using the FIA alignment system have the following problems.
[0012]
When the search mark is reduced in size with respect to the camera field of view, if the entire two-dimensional field of view is compressed to one dimension, the signal contrast of the search mark is reduced as shown in FIG. In such a case, a problem occurs that the detection capability is reduced. As a countermeasure to this problem, if the camera field of view is narrowed, the ratio of search marks occupied relatively increases and the contrast improves, but it is necessary to increase the pre-alignment accuracy in order to reliably image the search marks within the camera field of view. Would. Conversely, it is conceivable to increase the size of the search mark itself while maintaining the size of the field of view of the camera, but this disadvantageously affects the size of the pattern area.
[0013]
Therefore, since the image of the search mark has a high probability of being located near the center in the camera field of view in the range where the mark center can exist, conventionally, as shown in FIG. Only the band-like area B passing through is taken out, and the image of only this area B is compressed and processed. According to this method, the ratio of the image of the search mark SM occupied in the camera field of view is relatively large, and there is an advantage that a predetermined signal contrast is easily obtained. However, depending on the precision of the pre-alignment, as shown in FIG. 9, the search mark SM may be imaged at a position outside the central area B in the camera field of view FV.
[0014]
In this case, even if a search is performed on the central region B by one-dimensional image processing, there is a problem that a sufficient signal contrast cannot be obtained and accurate mark position measurement cannot be performed as shown in FIG. Was. Further, in the worst case, the search mark SM completely deviates from the center area B, and the mark itself cannot be detected. As described above, if the search mark SM is not detected in the area B, an error occurs, and the operator has to intervene, for example, separately instructing a mark detectable position, so that the throughput is reduced and the production efficiency is reduced. was there.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and provides a position measurement method, a position measurement device, an exposure method, and an exposure device that improve the mark detection capability without increasing the mark position detection time. The purpose is to do.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration corresponding to FIGS. 1 to 7 showing the embodiment.
According to the position measurement method of the present invention, a mark (SM) formed on an object (W) is imaged within a predetermined imaging field of view (FV), and position information of the mark (SM) is measured based on the imaging result. A position measuring method, wherein an imaging field of view (FV) is divided into a plurality of regions (A, B, C), and an image of a mark (SM) is sequentially searched for each divided region. is there.
[0017]
In addition, the position measurement device of the present invention includes an imaging unit that captures an image of a mark (SM) formed on an object (W) within a predetermined imaging field of view (FV), and a mark based on a result of imaging by the imaging unit. A position measurement device (17) having a measurement unit (19) for measuring position information of (SM), wherein an imaging field of view (FV) is divided into a plurality of regions (A, B, C), and the divided region is divided. A control unit (15) for controlling the measuring unit (19) so as to sequentially search for an image of the mark (SM) for each area (A, B, C).
[0018]
Therefore, in the position measuring method and position measuring device of the present invention, first, the mark (SM) is searched for in one of the plurality of areas (B), and when the search is not possible, the other area (A) is searched. As described above, the sequentially divided areas (A, B, C) can be searched until the mark (SM) can be detected, so that the ability to detect the mark (SM) is improved. Therefore, the mark (SM) can be detected in a short time without manual intervention. Further, since the area (A, B, C) to be searched divides the imaging field of view (FV), the ratio of the mark (SM) occupied by the image is relatively large, and a predetermined contrast can be easily obtained. , It is easy to detect the mark (SM).
[0019]
In the exposure method of the present invention, the mask (R) and the substrate (W) are aligned using the mask mark on the mask (R) and the substrate mark (SM) on the substrate (W). The position measurement according to any one of
[0020]
Further, the exposure apparatus of the present invention aligns the mask (R) with the substrate (W) using the mask mark on the mask (R) and the substrate mark (SM) on the substrate (W), and 15. The exposure apparatus (1) for exposing the pattern of (1) to the substrate (W) as an apparatus for measuring at least one of a position of a mask mark and a position of a substrate mark (SM). The position measuring device (17) described in (1) is used.
[0021]
Therefore, in the exposure method and the exposure apparatus of the present invention, when the mask (R) and the substrate (W) are aligned, the ability to detect a mask mark or a substrate mark (SM) is improved, which can contribute to an improvement in throughput.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a position measurement method, a position measurement device, an exposure method, and an exposure device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, for example, a case where a circuit pattern on a reticle is exposed on a wafer for manufacturing a semiconductor device by using a step-and-repeat type exposure apparatus will be described. Further, the position measuring apparatus of the present invention will be described as being used for position measurement of an alignment mark formed on a wafer when aligning a reticle with a wafer. In these figures, the same components as those in FIGS. 9 and 10 shown as conventional examples are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0023]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the
[0024]
The illumination light having passed through the opening S of the
[0025]
The image of the circuit pattern and / or the alignment mark existing in the illumination area of the reticle R is formed by the projection
[0026]
The
[0027]
Further, the position of the wafer stage 10 (wafer W) in the X and Y directions and the amount of rotation (the amount of yawing, the amount of pitching, and the amount of rolling) on the stage movement coordinate system (orthogonal coordinate system) XY are determined at the end of the
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
As an alignment method of the off-axis
[0033]
That is, the
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
Subsequently, when performing exposure processing using the
[0037]
When a wafer W to be subjected to exposure processing is loaded on the
[0038]
When the image of the search mark SM is searched in the camera field of view FV using the image signal input by the
[0039]
In the area B, as shown in FIG. 10B, the search mark SM cannot be detected because the measured mark signal does not have a predetermined contrast. Accordingly, the
[0040]
In the area A, as shown in FIG. 4A, since the measured signal has a predetermined contrast, the search mark SM can be detected. Therefore, the
[0041]
On the other hand, if the search mark SM cannot be detected in step S6, the area C is searched in step S8 to determine whether the search mark SM has been detected (step S9). When the search mark SM is detected in step S9, the process of step S7 is executed. However, when a sufficient signal contrast cannot be obtained, or when the search mark SM does not exist in the region C, the process proceeds to FIG. As shown, when the measured signal does not have any contrast, the
[0042]
Here, when the search mark SM is detected, the processing of the above-described step S7 is executed. However, when the search mark SM cannot be detected even in the two-dimensional image processing, it is determined that an error has occurred due to some kind of trouble, and the operator The call is executed (step S12), and an instruction from the operator is obtained.
[0043]
When the position measurement of the search mark SM is completed, the main control system stores the mark position, and also performs the mark position measurement for the other search marks by the
[0044]
Thereafter, the
[0045]
The imaging characteristics (projection magnification, distortion, etc.) of the projection
[0046]
In the position measurement method, the position measurement device, the exposure method, and the exposure device of the present embodiment, the camera field of view FV is divided into a plurality of regions A, B, and C, and the search mark SM is subjected to one-dimensional image processing for each divided region. Since the search is performed, the occupation ratio of the search mark SM in each area increases, the signal contrast of the mark improves, the mark detection capability and detection accuracy can be improved, and the mark can be detected in one of the areas. Even if not performed, by sequentially searching other areas, it is possible to reduce the frequency of stopping the exposure apparatus and intervening an operator, thereby preventing a decrease in production efficiency. In particular, in the present embodiment, when a mark cannot be detected by the one-dimensional image processing, the mark is searched by the two-dimensional image processing. A decrease in efficiency can be prevented more effectively.
[0047]
In the position measurement method, position measurement device, exposure method, and exposure device of the present embodiment, when a search mark SM is detected in one of the divided regions, the other region is not searched, and therefore, there is no need for extra search. The measurement time can be omitted, which can contribute to an improvement in throughput. Therefore, in the exposure method and the exposure apparatus of the present embodiment, the time required for the alignment between the reticle R and the wafer W is shortened by improving the detection capability of the mark position measurement, thereby contributing to an improvement in production efficiency. In the above embodiment, the search order of the areas is B → A → C. However, the search order is not limited to this, and the search may be started from any area.
[0048]
5 to 7 are views showing a second embodiment of the position measuring method, the position measuring device, the exposure method, and the exposure device of the present invention. In these figures, the same elements as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the result of the first mark position measurement is reflected in the subsequent mark position measurement.
[0049]
First, a wafer used in the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 5, a plurality of shot areas are arranged in a matrix on the wafer W, and a chip pattern is formed in each shot area by exposure and development in a previous process. In each shot area, a wafer mark and a search mark shown in FIGS. 11A and 11B are formed, respectively. FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for measuring the positions of the two search marks SM1 and SM2 (hereinafter, appropriately referred to as SM) formed on the wafer W by the
[0050]
Before measurement of the search marks SM1 and SM2 as the second marks formed on the wafer (N (N ≧ 2) th wafer) W as the second object to be measured, the wafer as the first object is measured. The
[0051]
Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG.
In step S2, for example, an image of the search mark SM1 is picked up by the
[0052]
If it is determined in step S4 that the search mark SM1 has not been detected, the
[0053]
If the search mark SM1 cannot be detected even in this area A, the sequence from step S10 for searching the entire camera field of view FV by two-dimensional image processing is executed as in the first embodiment.
[0054]
On the other hand, when measuring the search mark SM2, referring to FIG. 6B, the area B is searched in step S15, the area A is searched in step S16, and the area C is searched in step S17.
[0055]
In the position measuring method, the position measuring device, the exposure method, and the exposure device according to the present embodiment, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and in addition, the region where the probability that the search mark exists is high. Since the search is performed first, the detection accuracy of the search mark at an early stage is increased, the time required for the search can be reduced, and a decrease in throughput can be prevented.
[0056]
In the above-described second embodiment, the description has been made assuming that the frequency of the area where the search mark is detected in the previously measured wafer is reflected. However, the present invention is not limited to this. When measuring a plurality of marks, an area in which to search for a mark may be determined according to the frequency of the area in which the mark has been detected in the previous measurement. In this case, since the measurement results in the same wafer are used, the accuracy of detecting the mark is further increased, and the time required for the search can be further reduced.
[0057]
Further, in the above-described embodiment, the description has been given assuming that the mark measurement is applied to the search alignment. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to the fine alignment. Further, in the above embodiment, the mark is searched for each area obtained by dividing the camera field of view FV into three, but the number of divisions may be any number as long as it is two or more.
[0058]
In the above embodiment, the position measuring apparatus of the present invention is applied to the
[0059]
The substrate of the present embodiment is not limited to a semiconductor wafer W for a semiconductor device, but also a glass substrate for a liquid crystal display device, a ceramic wafer for a thin-film magnetic head, or an original mask or reticle used in an exposure apparatus. (Synthetic quartz, silicon wafer) and the like are applied.
[0060]
The
[0061]
The type of the
[0062]
As the
For example, a single-wavelength laser in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with, for example, erbium (or both erbium and yttrium), and a nonlinear optical crystal is used. Alternatively, a harmonic converted to ultraviolet light may be used as exposure light. When the oscillation wavelength of the single-wavelength laser is in the range of 1.544 to 1.553 μm, an eighth harmonic within the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser can be obtained. If the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, a 10th harmonic in the range of 157 to 158 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F2 laser can be obtained.
[0063]
In addition, a laser plasma light source or EUV (Extreme Ultra Violet) light having a wavelength of about 5 to 50 nm generated from the SOR and having a wavelength of about 5 to 50 nm, for example, 13.4 nm or 11.5 nm may be used as the exposure light. In the exposure apparatus, a reflection type reticle is used, and the projection optical system is a reduction system including only a plurality (for example, about 3 to 6) of reflection optical elements (mirrors). Further, hard X-rays (for example, having a wavelength of about 1 nm or less) may be used as exposure light, and a proximity method is adopted in this exposure apparatus.
[0064]
The projection
[0065]
When a linear motor (see US Pat. No. 5,623,853 or US Pat. No. 5,528,118) is used for the
[0066]
As a drive mechanism of each of the
[0067]
As described in JP-A-8-166475 (US Pat. No. 5,528,118), a reaction force generated by the movement of the
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330224 (USP 6,020,710), a reaction force generated by the movement of the
[0068]
As described above, the
[0069]
As shown in FIG. 8, in the semiconductor device, as shown in FIG. 8, a
[0070]
【The invention's effect】
As described above, the position measurement method according to the first aspect is a procedure for sequentially searching for a mark image for each of a plurality of regions obtained by dividing the imaging visual field.
Accordingly, in this position measurement method, the ratio of the occupation of the mark in each area increases, and the detection capability of the mark can be improved. In addition, even if the mark is not detected in one of the areas, the other areas are sequentially detected. By performing the search, it is possible to reduce the frequency of stopping the exposure apparatus and intervening an operator, thereby preventing a reduction in production efficiency.
[0071]
The position measurement method according to
Accordingly, in this position measurement method, when a mark is detected in the search of the first area, it is not necessary to search the second area, so that an unnecessary measurement time can be omitted, and the throughput can be improved. The effect that can be obtained is obtained.
[0072]
The position measuring method according to
Thus, in this position measurement method, the measurement is terminated when a predetermined contrast is obtained, so that an unnecessary measurement time can be omitted, and the effect of improving the throughput can be obtained.
[0073]
The position measuring method according to
As a result, in this position measurement method, there is an effect that the detection accuracy of a low contrast mark can be improved.
[0074]
The position measuring method according to
As a result, in this position measurement method, the frequency of occurrence of errors due to undetection can be significantly reduced, and the effect of reducing the production efficiency more effectively can be obtained.
[0075]
The position measuring method according to
Thus, in this position measurement method, the accuracy of mark detection at an early stage is increased, and the time required for search can be shortened, so that an effect of preventing a decrease in throughput can be obtained.
[0076]
The position measuring method according to
As a result, in this position measurement method, the effect of increasing the accuracy of detecting the second mark at an early stage can be obtained.
[0077]
The position measuring method according to
Thus, in this position measurement method, the accuracy of mark detection in the early stage of the second object is increased, and the time required for the search can be shortened, so that an effect of preventing a decrease in throughput can be obtained.
[0078]
An exposure method according to a ninth aspect is a procedure for measuring at least one position of a mask mark and a substrate mark by the position measurement method according to any one of the first to eighth aspects.
As a result, in this exposure method, the time required for the alignment between the mask and the substrate is shortened, and the effect of improving the production efficiency is obtained.
[0079]
The position measuring device according to
As a result, in this position measuring device, the ratio of the occupation of the mark in each region increases, and the detection capability of the mark can be improved. In addition, even if the mark is not detected in one of the regions, the other regions are sequentially detected. By performing the search, it is possible to reduce the frequency of stopping the exposure apparatus and intervening an operator, thereby preventing a reduction in production efficiency.
[0080]
The position measuring device according to
Thus, in the position measurement device, when a mark is detected in the search of the first area, it is not necessary to search the second area, so that an unnecessary measurement time can be omitted, and the throughput can be improved. The effect that can be obtained is obtained.
[0081]
According to a twelfth aspect of the present invention, the control unit terminates the measurement when the signal of the mark measured in the first area has a predetermined contrast.
Thus, in this position measurement device, the measurement is terminated when a predetermined contrast is obtained, so that an unnecessary measurement time can be omitted, and the effect of improving the throughput can be obtained.
[0082]
The position measuring device according to
Thus, in this position measurement device, the accuracy of mark detection is increased, and the time required for search can be reduced, so that an effect of preventing a decrease in throughput can be obtained.
[0083]
The position measuring device according to
Accordingly, in this position measurement device, the accuracy of detecting the mark of the second object at an early stage is increased, and the time required for the search can be shortened, so that an effect of preventing a decrease in throughput can be obtained.
[0084]
An exposure apparatus according to a fifteenth aspect is configured such that the position measuring device according to any one of the tenth to fourteenth aspects is used as an apparatus for measuring at least one of a mask mark and a substrate mark. Has become.
As a result, in this exposure apparatus, the time required for the alignment between the mask and the substrate is shortened, and the effect of improving the production efficiency is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a position measuring method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a camera field of view divided into three regions.
4A is a signal waveform when a region A is searched, and FIG. 4B is a signal waveform when a region C is searched.
FIG. 5 is a plan view of the wafer on which search marks are formed.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an area when a previous wafer is measured and a frequency at which a mark is detected.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a position measurement method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of a semiconductor device.
FIG. 9 is a plan view showing an example of a camera field of view according to the related art.
10A shows a signal waveform of the entire camera field of view, and FIG. 10B shows a signal waveform when a region B is searched.
11A is a plan view of a wafer mark, and FIG. 11B is a plan view of a search mark.
[Explanation of symbols]
Area A (second area)
Area B (first area)
FV camera field of view (imaging field of view)
R reticle (mask)
SM, SM1, SM2 Search mark (mark, board mark)
W wafer (object, second object, substrate)
1 Exposure equipment
15 Main control system (control unit)
19 Alignment control system (measurement unit)
Claims (15)
前記撮像視野を複数の領域に分割し、
前記分割された領域毎に前記マークの像を順次探索することを特徴とする位置計測方法。A position measurement method of imaging a mark formed on an object within a predetermined imaging field of view and measuring position information of the mark based on the imaging result,
Dividing the imaging field of view into a plurality of regions,
A position measuring method for sequentially searching for the image of the mark for each of the divided areas.
前記複数の領域のうち、第1領域を探索した結果に基づいて、第2領域を探索するか否かを決定することを特徴とする位置計測方法。The position measuring method according to claim 1,
A position measurement method comprising: determining whether to search for a second area based on a result of searching for a first area among the plurality of areas.
前記第1領域で計測された前記マークの信号が所定のコントラストを有する場合に前記計測を終了し、所定のコントラストを有していない場合に前記第2領域を探索することを特徴とする位置計測方法。The position measuring method according to claim 2,
Position measurement, wherein the measurement is terminated when a signal of the mark measured in the first area has a predetermined contrast, and the second area is searched when the signal does not have a predetermined contrast. Method.
前記一次元画像処理の結果に基づいて、前記マークの像を二次元画像処理により探索することを特徴とする位置計測方法。In the position measuring method according to claim 4,
A position measuring method, wherein an image of the mark is searched by two-dimensional image processing based on a result of the one-dimensional image processing.
前記第2マークを探索するときに、前記複数の領域のうち、前記第1マークが検出された領域を先に探索することを特徴とする位置計測方法。The position measuring method according to claim 6,
When searching for the second mark, an area in which the first mark is detected is first searched out of the plurality of areas.
前記物体を複数計測するときに、第1物体での前記マークの計測結果に基づいて、第2物体の前記マークを探索する前記領域を決定することを特徴とする位置計測方法。The position measuring method according to claim 6 or 7,
When measuring a plurality of said objects, the position measuring method characterized by determining the area where the mark of the second object is searched based on the measurement result of the mark of the first object.
前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方の位置を、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載された位置計測方法により計測することを特徴とする露光方法。After aligning the mask and the substrate using a mask mark on a mask and a substrate mark on the substrate, in an exposure method of exposing the pattern of the mask to the substrate,
9. An exposure method, wherein the position of at least one of the mask mark and the substrate mark is measured by the position measurement method according to claim 1.
前記撮像視野を複数の領域に分割し、前記分割された領域毎に前記マークの像を順次探索するように前記計測部を制御する制御部を備えることを特徴とする位置計測装置。What is claimed is: 1. A position measuring device comprising: an imaging unit that images a mark formed on an object within a predetermined imaging field of view; and a measurement unit that measures position information of the mark based on a result obtained by the imaging unit. ,
A position measuring apparatus, comprising: a control unit that divides the imaging field of view into a plurality of regions, and controls the measuring unit to sequentially search for the image of the mark for each of the divided regions.
前記制御部は、前記複数の領域のうち、第1領域を探索した結果に基づいて、第2領域を探索するか否かを決定することを特徴とする位置計測装置。The position measuring device according to claim 10,
The position measurement device, wherein the control unit determines whether or not to search for a second area based on a result of searching for a first area among the plurality of areas.
前記制御部は、前記第1領域で計測された前記マークの信号が所定のコントラストを有する場合に前記計測を終了させ、所定のコントラストを有していない場合に前記第2領域を探索させることを特徴とする位置計測装置。The position measuring device according to claim 11,
The control unit terminates the measurement when the signal of the mark measured in the first area has a predetermined contrast, and searches the second area when the signal does not have the predetermined contrast. Characteristic position measuring device.
前記制御部は、前記マークを複数計測する際に、第1マークを検出した結果に基づいて、前記撮像視野内で第2マークを探索する前記領域を決定することを特徴とする位置計測装置。The position measuring device according to any one of claims 10 to 12,
The position measuring device, wherein the control unit determines the area where the second mark is searched in the imaging visual field based on a result of detecting the first mark when measuring the plurality of marks.
前記制御部は、前記物体を複数計測するときに、第1物体での前記マークの計測結果に基づいて、第2物体の前記マークを探索する前記領域を決定することを特徴とする位置計測装置。The position measuring device according to claim 13,
The position measuring device, wherein the control unit determines the area in which to search for the mark of a second object based on a measurement result of the mark of a first object when measuring the plurality of objects. .
前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方の位置を計測する装置として、請求項10から請求項14のいずれか一項に記載された位置計測装置が用いられることを特徴とする露光装置。In an exposure apparatus for aligning the mask and the substrate using a mask mark on a mask and a substrate mark on a substrate, and exposing the pattern of the mask to the substrate,
An exposure apparatus, wherein the position measurement device according to any one of claims 10 to 14 is used as an apparatus for measuring at least one of the position of the mask mark and the position of the substrate mark.
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