JP2005032911A - アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法 - Google Patents
アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005032911A JP2005032911A JP2003194992A JP2003194992A JP2005032911A JP 2005032911 A JP2005032911 A JP 2005032911A JP 2003194992 A JP2003194992 A JP 2003194992A JP 2003194992 A JP2003194992 A JP 2003194992A JP 2005032911 A JP2005032911 A JP 2005032911A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection
- alignment
- error
- sum
- mark
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
【課題】アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができるアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法を提供する。
【解決手段】ウエハWの法線VLに対して対称に配置された2つの検出光学系10−1,10−2により、アライメントマークWAの位置が検出される。処理部40により、検出位置の和が求められる。2つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれΔxがあったとしても、位置ずれΔxは2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。
【選択図】図7
【解決手段】ウエハWの法線VLに対して対称に配置された2つの検出光学系10−1,10−2により、アライメントマークWAの位置が検出される。処理部40により、検出位置の和が求められる。2つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれΔxがあったとしても、位置ずれΔxは2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。
【選択図】図7
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法に関し、特に、半導体装置のリソグラフィ工程においてウエハのアライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術として、電子線やX線を用いて、マスクをウエハに近接させて露光する、電子線近接リソグラフィや等倍X線リソグラフィなどの転写型露光方法が開発されている。これらのリソグラフィにおいて用いられるマスクは、例えば0.5μmの膜厚のSi膜やSiC膜、ダイヤモンドなどの薄膜から構成される。
【0003】
上記の次世代露光技術においては、例えばマスクとウエハの相対位置をリアルタイムに測定して位置合わせするアライメント装置が使用される(特許文献1〜3参照)。
【0004】
アライメント光学系が、電子線(EB)やX線等の光源およびそれらの光学系、マスク、マスクステージ、ウエハステージなどと干渉するのを防ぐために、照明光がウエハの表面に対して斜めに入射するようにアライメント光学系が設置される。
【0005】
上記のアライメント光学系では、マスクとウエハに形成されたアライメントマークに照明光を照射し、各アライメントマークからの散乱光を撮像素子に結像し、画像処理することによってマスクとウエハの相対位置を測定している。
【0006】
【特許文献1】
特許第2955668号公報
【特許文献2】
特許第3048904号公報
【特許文献3】
特許第3235782号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アライメントマークからの散乱光(以下、マーク散乱光と称する)の配向分布が変化すると、アライメント光学系のコマ収差等の影響で位置検出誤差が発生する。マーク散乱光の変化は、アライメントマークの厚さまたは深さ、幅などの寸法変化によって生じる。しかし、このマーク散乱光による位置検出誤差は、マーク自体の位置変化と分離できないために検出できない。
【0008】
従って、このマーク散乱光による位置検出誤差は、補正することも低減することも困難である。しかしながら、近年の超微細加工技術では無視できない誤差となるため、マーク散乱光の変化による位置検出誤差を補正あるいは低減することが重要となってきている。
【0009】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができるアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のアライメント誤差検出装置は、被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置であって、前記被処理体の法線に対して対称に配置され、前記アライメントマークを斜方から観察する2つの検出光学系と、2つの前記検出光学系からの前記アライメントマークの検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する誤差検出部とを有する。
【0011】
上記の本発明のアライメント誤差検出装置では、被処理体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、アライメントマークが斜方から観察されて、その位置が検出される。
誤差検出部により、2つの検出光学系により検出された検出位置の和が求められる。2つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれがあったとしても、アライメントマークの位置のずれ量は2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。すなわち検出位置の和にはマーク自体の位置ずれ量は反映されない。
従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。以上のようにして、アライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差が検出される。
【0012】
上記の目的を達成するため、本発明のアライメント誤差検出方法は、被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出方法であって、前記被処理体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、同じ前記アライメントマークを斜方から観察して、前記アライメントマークの検出位置を求める工程と、2つの検出光学系により得られる前記検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する工程とを有する。
【0013】
上記の本発明のアライメント誤差検出方法では、まず、被処理体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、アライメントマークを斜方から観察して、その位置を検出する。
次に、2つの検出光学系により検出された検出位置の和を求める。2つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれがあったとしても、アライメントマークの位置ずれ量は2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。すなわち検出位置の和にはマーク自体の位置ずれ量は反映されない。
従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。以上のようにして、アライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差が検出される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法の説明の前に、その技術的意義の理解に必要な前提となるアライメント装置について説明する。
【0015】
図1は、アライメント装置の概略構成図である。
図1に示すアライメント装置は、電子線近接リソグラフィや等倍X線リソグラフィなどの転写型露光方法において露光するために、ウエハWに形成されたウエハ側アライメントマークとマスクMに形成されたマスク側アライメントマークを観察し、ウエハWに対してマスクMを位置合わせするものである。LEEPL(low energy electron beam proximity projection lithography)に適用する場合、マスクMは膜厚0.5μmのメンブレン(薄膜)にパターンの貫通孔が形成されているステンシルマスクとなる。
【0016】
上記のアライメント装置は、大別して、ウエハWとマスクMの保持部(不図示)と、アライメント光学系10と、制御部18とを有する。アライメント光学系10は、光源11、コンデンサレンズ12、ビームスプリッタ13、対物レンズの瞳14、対物レンズ15、結像レンズ16、撮像素子17とを有する。
【0017】
上記の保持部(不図示)は、等倍露光となるように、通常ウエハWのレジスト膜に対してマスクMを50μm程度の距離に保持するとともに、不図示の機構によりウエハに対するマスクの相対的な位置を調節可能となっている。
【0018】
光源11は、例えばHgランプあるいはXeランプなどであり、ウエハWに形成されたレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の自然光である照明光LIを出射する。
【0019】
光源11からの照明光LIは、コンデンサレンズ12により集光され、ビームスプリッタ13の分光面で進路を屈曲させ、対物レンズの瞳14を通過し、対物レンズ15によりウエハWの表面に対して斜めの方向からマスクMを介してウエハWのウエハ側アライメントマークに対して照射され、またマスクMのマスク側アライメントマークに対して照射される。
【0020】
各アライメントマークからの反射あるいは散乱光(以下、散乱光と称する)LRは、入射経路を辿り、対物レンズ15、対物レンズの瞳14、ビームスプリッタ13を通過し、結像レンズ16により受光部である撮像素子17に結合され、ウエハWのウエハ側アライメントマークとマスクMのマスク側アライメントマークが撮像される。
【0021】
CCD等からなる撮像素子17で撮像された撮像データは、制御部18において画像処理され、ウエハWのウエハ側アライメントマークとマスクMのマスク側アライメントマークの位置が測定され、マスクとウエハの位置ずれが測定される。
さらに、制御部18により、上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハWに対するマスクMの位置が調整され、位置合わせされる。上記の制御部18は、コンピュータと駆動装置とにより実現される。
【0022】
図2は、図1のマスクとウエハの拡大断面図であり、(a)はアライメント時、(b)は露光時を示す。
【0023】
図2(a)に示すように、マスクMは、貫通孔からなるパターンPやマスク側アライメントマークMAが薄膜22に形成され、薄膜22の強度を補強すべく、梁23が形成されている。上記のマスクは、例えばSOI基板をエッチングすることにより形成され、この場合には薄膜22はシリコンで形成され、梁23はシリコン基板20と酸化シリコン膜21で形成される。
【0024】
マスクMに50μm程度の距離を空けて対向配置されたウエハWは、シリコン基板30と、シリコン基板30上に堆積された被加工膜31と、被加工膜31上に形成されたレジスト膜32とを有する。ウエハWは、シリコン基板30の表面がパターン加工されて形成されたウエハ側アライメントマークWAを有する。
【0025】
ウエハ側アライメントマークWAは、シリコン基板30のみに形成されるものではなく、被加工膜31にも加工後に形成され、その上層の膜のアライメントの際に使用される。従って、ウエハ側アライメントマークWAの厚さあるいは深さ、幅等の寸法は、層の膜厚に応じて異なり、また、製作するデバイスによっても異なるものである。
【0026】
図2(a)に示すように、ウエハWに対してマスクMが50μm程度の距離をもって保持された状態で、レジスト膜32が感光する領域を除く領域の波長の照明光LIを、ウエハWの表面に対して斜めの方向からマスクMを通してウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対して照射し、またマスクMのマスク側アライメントマークMAに対して照射する。
【0027】
ウエハWおよびマスクMの各アライメントマークWA,MAからの散乱光を受光し、受光した散乱光から、ウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対するマスクMのマスク側アライメントマークMAのずれを検出する。
【0028】
図2(b)に示すように、上記で得られたずれ量に応じて、ウエハWに対するマスクMの位置を調節して位置合わせした後、マスクMを介してウエハWに対しレジスト膜32が感光する電子線EBなどを照射して露光する。
【0029】
上記の露光の際のアライメント動作において、上記したように、ウエハW上のウエハ側アライメントマークWAの寸法は、製作するデバイス等によって変化するものである。アライメントマークの寸法が変化することによってマークの散乱光の配向が変化するために、アライメント光学系の対物レンズ15に入射する波面の強度分布が変化する。配向(分布)とは、どのくらいの強さの光が、どの方向に出ているかを示したものをいう。
【0030】
図3は、マーク散乱光の配向変化によるアライメント誤差を説明するための図である。
【0031】
アライメント光学系によるマーク像の強度分布は、下記式(1)で示されるように、マーク散乱光の波面に結像光学系の瞳関数を掛け合わせた波面のフーリエ変換となるので、マーク散乱光の配向が変化することによってマーク像の強度分布は変化する。従って、マーク像位置が変化し、位置検出誤差が発生する。
【0032】
【数1】
【0033】
上記式(1)において、Gはマーク散乱光の配向分布であり、Pは下記式(2)で示される対物レンズの瞳関数であり、WFAは波面収差である。また、ξ’=sinθ、x’=X/λ、z’=z/λである。点像強度分布I(x,z)は下記式(3)で示される。
【0034】
【数2】
【0035】
【数3】
【0036】
以下に、対物レンズの波面収差とマーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を計算した例について説明する。
対物レンズ15が図4(a)に示すような波面収差WFAをもつと仮定する。この対物レンズ15に図4(b)に示すような均一配向分布G1のマーク散乱光および不均一配向分布G2のマーク散乱光が入射した場合のマーク像の位置をそれぞれ計算した。
【0037】
図4(a)のθは、図3に示す対物レンズの中心とウエハ側アライメントマークWAの中心とを結ぶ線に対する散乱光の角度θを意味する。瞳関数を決定する主要因である図4(a)に示す波面収差WFAは、下記式(4)で示される5次関数で仮定でき、その大きさをRMS(平方自乗平均)でλ/12.9とした。また、図4(b)に示す不均一配向分布G2はレンズの中央と周辺とで光の強度が10%変化し、その変化が2次関数に従うと仮定した例である。
【0038】
【数4】
【0039】
図5(a)は均一配向分布G1の場合の点像強度分布の計算結果を示す図であり、図5(b)は不均一配向分布G2の場合の点像強度分布の計算結果を示す図である。
【0040】
図5(a)および図5(b)に示すように、点像強度分布の形状は、マーク散乱光の配向が変化してもほとんど変化しないことがわかる。この点像強度分布の重心位置が制御部18により計算されて、ウエハ側アライメントマークWAの位置と決定される。図5(a)および図5(b)の点像強度分布からの重心位置の測定により、マーク散乱光の配向が10%変化すると、マーク位置は約25nm変位することが求められた。
【0041】
図6を参照して、マーク散乱光の配向の変化と点像強度分布の重心位置の変位との関係について説明する。
図6(a)に示すように、マーク散乱光の配向分布G(θ)が二次関数であると仮定し、レンズの周辺に相当する光強度を1とし、レンズの周辺とレンズの中央の光強度の差をHとする。
【0042】
図6(b)は、図6(a)に示す配向分布のHを変化させた場合における点像強度分布の重心位置の変化を示す図である。図6(b)に示すように、配向分布の変化が大きくなるにつれて重心位置の変位も大きくなり、配向分布が40%変化すると点像強度分布の重心位置は95nm変化することがわかる。
【0043】
以上示したように、マーク散乱光の配向が変化すると、点像強度分布の重心位置が変化することがわかる。しかし、図5を用いて説明したように、マーク散乱光の配向の変化によるアライメントマークの位置検出誤差は、マーク自体の位置変化と分離できないために検出が極めて困難である。従って、マーク散乱光による位置検出誤差は、補正することも低減することも困難である。
【0044】
しかし、従来技術の欄で述べたように、近年の微細加工では無視できない誤差が発生するため、マーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を補正あるいは低減することは重要であり、そのためにマーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を抽出することが必要である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を検出するアライメント誤差検査装置に関するものである。
【0045】
図7は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置の構成を説明するための図であり、(a)は正面図、(b)は平面図である。
【0046】
図7(a)に示すように、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置は、ウエハの法線VLに対して対称に配置され、ウエハ側アライメントマークWAを斜方から観察する第1の検出光学系10−1および第2の検出光学系10−2を有する。
【0047】
2つの検出光学系10−1,10−2のそれぞれは、図1に示すアライメント装置のアライメント光学系と同様の構成を有する。また、2つの検出光学系10−1,10−2は、ウエハの法線VLとの間の角度θ’が、実際のアライメント光学系10におけるものと同じにすることが好ましい。実際のアライメント光学系10と同じ条件とすることにより、より正確な誤差を検出するためである。
【0048】
同様の理由で、検出光学系は、露光装置のアライメントに使用されるアライメント光学系10と同じ収差をもつ対物レンズを使用したものであることが好ましい。また、後述するように、一方の検出光学系に、他方に比して無視できるほどに収差の小さい高性能な対物レンズを使用することが有効である。
【0049】
処理部40は、2つの検出光学系10−1,10−2からのウエハ側アライメントマークWAの検出位置の和を求める。処理部40は、本発明の誤差検出部に相当し、コンピュータにより実現される。
【0050】
図7(b)に示すように、ウエハWの平面座標であるx座標を考えると、2つの検出光学系10−2,10−2は、同じウエハ側アライメントマークWAを正反対の方向から観察していることから、x座標の正負は両者で正反対となる。
【0051】
上記の検出装置のウエハ保持部(不図示)において、基本的にウエハの位置は一定の基準位置に保持されるが、ウエハの出し入れにより若干の位置ずれΔxが発生する。従って、ウエハ側アライメントマークWAのずれ量をΔxとすると、第1の検出光学系10−1により検出されるウエハ側アライメントマークWAの検出位置X1は下記式(5)で示され、第2の検出光学系10−2により検出されるウエハ側アライメントマークWAの検出位置X2は下記式(6)で示される。
【0052】
【数5】
X1=x01+Δx+α …(5)
【0053】
【数6】
X2=x02−Δx+β …(6)
【0054】
上記式(5),(6)において、X1,X2は2つの検出光学系により実際に観測される位置であり、Δxはマーク自体の位置の変化量(ずれ量)である。x01,x02は、アライメントマークが位置すべき基準位置である。αは第1の検出光学系10−1におけるマーク散乱光の配向に起因する誤差であり、βは第2の検出光学系10−2におけるマーク散乱光の配向に起因する誤差である。
【0055】
2つの検出光学系により検出された検出位置X1,X2の和が、処理部40により演算される。下記式(7)に示すように、上記式(5)と(6)の和を演算すると、マーク自体の位置のずれ量Δxは2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、消去される。
【0056】
【数7】
α+β=(X1+X2)−(x01+x02) …(7)
【0057】
検出位置の和は、基本的に同じ位置(x01+x02)のアライメントマークを検出している場合には、ウエハの出し入れにおいて誤差Δxがあったとしても検出位置の和には反映されないから一定のはずである。従って、下記式(8)に示すように検出位置の変化Δ(X+Y)は、マーク自体の位置のずれ量ではなく、マーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当する。
【0058】
【数8】
Δα+β=Δ(X1+X2) …(8)
【0059】
ただし、上記式(8)のように2つの検出光学系からのマーク散乱光の配向に起因する位置検出誤差の合計が観測されるため、各々の検出光学系の単独誤差は分離できない。従って、上記のようにして検出された位置検出誤差の合計に基づいて、露光の際のアライメント誤差を予測し検出する一例としては、以下に示すような方法を採用する。
【0060】
図8は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第1のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【0061】
ウエハ側アライメントマークの寸法が異なる各ウエハに対し、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置により2つの検出光学系10−1,10−2の検出位置の和(X1+X2)を測定する(ステップST1)。
【0062】
検出位置の和が測定された後、露光装置によりウエハ側アライメントマークを用いてウエハWをアライメントし、ウエハWに露光を行い(ステップST2)、露光により得られたパターンの位置ずれを測定する(ステップST3)。
【0063】
そして、マーク検出位置の和と、実際に露光したパターンの目標位置からのずれ量(位置検出誤差に相当)との関係を示す補正テーブルを作成する(ステップST4)。より詳細には、目標位置からのずれ量が0であったマーク検出位置の和を基準和として決定し、基準和からの検出位置の和の変化(差)と位置検出誤差との関係を示す補正テーブルを作成する。
【0064】
上記のような補正テーブルを予め作成しておくことによって、補正テーブルに基づいて、新たなアライメントマークに対しマーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差を検出することができる。すなわち、基準和からの検出位置の和の変化に基づいて位置検出誤差が検出される。
【0065】
図9は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第2のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。本例では、補正テーブルを作成せずに、露光装置におけるマーク散乱光の誤差を予想する例について説明する。
【0066】
検出光学系の収差と散乱光の配向変化によって発生する誤差は、上記式(1)を用いて図4〜図6に示したように、予想可能である。従って、検出光学系に使用される対物レンズの波面収差と露光装置に使用される対物レンズの波面収差が測定されているならば、図1の式を用いて正確にアライメント誤差を予測することができる。このためには、一方の検出光学系に、収差が無視できる高性能な対物レンズを使用することが計算を簡単にするため有効である。これによりマーク散乱光による位置検出誤差は、収差の大きい対物レンズをもつ他方の検出光学系のみによって発生するものとすることができる。
【0067】
図示しないウエハ保持部に保持されたウエハWのウエハ側アライメントマークWAの検出位置を2つの検出光学系10−1,10−2により検出し、処理部40により検出位置の和(X1+X2)を演算する(ステップST11)。予め誤差がない場合の検出位置の基準和を求めておき、この基準和からの演算された検出位置の和の変化を求める。上記式(8)における一方のαあるいはβは無視できることから、検出位置の和の変化は、Δα(β)となり、片方の検出光学系におけるマーク散乱光の配向変化のみに起因すると近似できる。
【0068】
図6(a)の配向分布と(b)の重心位置(検出位置)の変化を用いて説明したように、検出光学系の収差(主として対物レンズの収差)がわかっていれば、検出位置の変化(図6(b)の縦軸に相当)から、散乱光の配向分布を予測することができる(ステップST12)。この配向分布は、2次関数で表されるものとする。
【0069】
次に、予測された配向分布(図6(a)に相当)と、露光装置に使用されるアライメント光学系の対物レンズの収差に基づいて、アライメント光学系で発生するマーク位置の位置検出誤差を予測する(ステップST13)。以上においては、収差の発生原因は対物レンズのみであり、その他のレンズの収差は無視できるものとした。
【0070】
以上のようにして予測された位置検出誤差は、実際の露光装置によるアライメントに反映される。図10は、露光装置の構成の一例を示す図である。
【0071】
図10は、LEEPLに用いる露光装置であり、この露光装置は、電子銃60、アパーチャ61、コンデンサレンズ62、一対の主偏向器63,64および一対の副偏向器65,66を有する。
【0072】
電子銃60から出射された電子線EBは、アパーチャ61により径が制限され、コンデンサレンズ62により平行なビームにされる。主偏向器63,64は、電子線EBが平行なままマスクMに垂直に入射するように、電子線EBを偏向させる。
【0073】
電子線EBはラスターまたはベクトル走査モードのいずれかでマスク(ステンシルマスクと称される)Mに入射するが、いずれの場合も電子線EBの偏向に主偏向器63,64が用いられる。副偏向器65,66は、主偏向器63,64によって偏向された電子線EBをさらに微調整する。
マスクMを通過した電子線EBは、ウエハWに形成された電子線露光用のレジスト膜に照射され、パターン露光される。
【0074】
ここで、露光装置は、アライメント光学系10と制御部18とを有するアライメント装置を備えている。このアライメント装置は、図1を参照して説明したものと同様の構成である。
【0075】
すなわち、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の照明光LIが、ウエハWの表面に対して斜めの方向からマスクMを介してウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対して照射され、またマスクMのマスク側アライメントマークMAに対して照射される。
【0076】
さらに、ウエハWおよびマスクMの各アライメントマークWA,MAからの散乱光を受光し、受光した散乱光から、ウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対するマスクMのマスク側アライメントマークMAのずれを検出する。
【0077】
上記のウエハ側アライメントマークの検出位置の決定は上述したように予測されたマーク散乱光の位置検出誤差だけ補正して行い、補正後の検出位置に対してマスクMのずれ量分だけアライメントを行う。アライメント後、露光することにより、正確な位置にパターンが形成される。
【0078】
以上のように本実施形態に係るアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法によれば、アライメントマークからの散乱光の配向分布の変化によるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができる。従って、ウエハに形成されたアライメントマークを用いてウエハの位置合わせを正確に行う必要がある場合に、位置検出誤差分だけ補正することにより正確な位置を検出することができ、その結果、正確なアライメントを実現することができる。
【0079】
また、マーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差分だけ補正して、露光の際にアライメントを行うことにより、正確なパターンを露光することができる。マーク散乱光の変化に起因する位置合わせ誤差を低減できることから、半導体デバイスに形成する各層間の位置合わせ精度が向上しかつ均一なものとなる。
【0080】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本発明のアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法は、様々な露光に適用することができる。従って、露光装置やこれに用いられるマスクには特に限定はない。また、検出光学系の構成については、種々の変更が可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0081】
【発明の効果】
本発明によれば、アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アライメント装置の概略構成図である。
【図2】図1のマスクとウエハの拡大断面図であり、(a)はアライメント時、(b)は露光時を示す図である。
【図3】マーク散乱光の配向性変化によるアライメント誤差を説明するための図である。
【図4】対物レンズの波面収差とマーク散乱光の配向変化によるアライメント誤差を説明するための図であり、(a)は対物レンズの波面収差を示す図であり、(b)は散乱光の配向分布を示す図である。
【図5】(a)は均一配向分布の場合の点像強度分布の計算結果を示す図であり、(b)は不均一配向分布の場合の点像強度分布の計算結果を示す図である。
【図6】マーク散乱光の配向分布の変化と点像強度分布の重心位置の変位との関係について説明するための図であり、(a)は散乱光の配向分布を示し、(b)は配向分布の変化と重心位置の変化の関係を示す。
【図7】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置の構成を説明するための図であり、(a)は正面図、(b)は平面図である。
【図8】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第1のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【図9】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第2のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【図10】露光装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
10…アライメント光学系、10−1…第1の検出光学系、10−2…第2の検出光学系、11…光源、12…コンデンサレンズ、13…ビームスプリッタ、14…対物レンズの瞳、15…対物レンズ、16…結像レンズ、17…CCD撮像素子、18…制御部、20…シリコン基板、21…酸化シリコン膜、22…メンブレン、23…梁、30…シリコン基板、31…被加工膜、32…レジスト膜、40…処理部、60…電子銃、61…アパーチャ、62…コンデンサレンズ、63,64…主偏向器、65,66…副偏向器、M…マスク、MA…マスク側アライメントマーク、W…ウエハ、WA…ウエハ側アライメントマーク、LI…照明光、LR…散乱光、EB…電子線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法に関し、特に、半導体装置のリソグラフィ工程においてウエハのアライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術として、電子線やX線を用いて、マスクをウエハに近接させて露光する、電子線近接リソグラフィや等倍X線リソグラフィなどの転写型露光方法が開発されている。これらのリソグラフィにおいて用いられるマスクは、例えば0.5μmの膜厚のSi膜やSiC膜、ダイヤモンドなどの薄膜から構成される。
【0003】
上記の次世代露光技術においては、例えばマスクとウエハの相対位置をリアルタイムに測定して位置合わせするアライメント装置が使用される(特許文献1〜3参照)。
【0004】
アライメント光学系が、電子線(EB)やX線等の光源およびそれらの光学系、マスク、マスクステージ、ウエハステージなどと干渉するのを防ぐために、照明光がウエハの表面に対して斜めに入射するようにアライメント光学系が設置される。
【0005】
上記のアライメント光学系では、マスクとウエハに形成されたアライメントマークに照明光を照射し、各アライメントマークからの散乱光を撮像素子に結像し、画像処理することによってマスクとウエハの相対位置を測定している。
【0006】
【特許文献1】
特許第2955668号公報
【特許文献2】
特許第3048904号公報
【特許文献3】
特許第3235782号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アライメントマークからの散乱光(以下、マーク散乱光と称する)の配向分布が変化すると、アライメント光学系のコマ収差等の影響で位置検出誤差が発生する。マーク散乱光の変化は、アライメントマークの厚さまたは深さ、幅などの寸法変化によって生じる。しかし、このマーク散乱光による位置検出誤差は、マーク自体の位置変化と分離できないために検出できない。
【0008】
従って、このマーク散乱光による位置検出誤差は、補正することも低減することも困難である。しかしながら、近年の超微細加工技術では無視できない誤差となるため、マーク散乱光の変化による位置検出誤差を補正あるいは低減することが重要となってきている。
【0009】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができるアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のアライメント誤差検出装置は、被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置であって、前記被処理体の法線に対して対称に配置され、前記アライメントマークを斜方から観察する2つの検出光学系と、2つの前記検出光学系からの前記アライメントマークの検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する誤差検出部とを有する。
【0011】
上記の本発明のアライメント誤差検出装置では、被処理体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、アライメントマークが斜方から観察されて、その位置が検出される。
誤差検出部により、2つの検出光学系により検出された検出位置の和が求められる。2つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれがあったとしても、アライメントマークの位置のずれ量は2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。すなわち検出位置の和にはマーク自体の位置ずれ量は反映されない。
従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。以上のようにして、アライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差が検出される。
【0012】
上記の目的を達成するため、本発明のアライメント誤差検出方法は、被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出方法であって、前記被処理体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、同じ前記アライメントマークを斜方から観察して、前記アライメントマークの検出位置を求める工程と、2つの検出光学系により得られる前記検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する工程とを有する。
【0013】
上記の本発明のアライメント誤差検出方法では、まず、被処理体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、アライメントマークを斜方から観察して、その位置を検出する。
次に、2つの検出光学系により検出された検出位置の和を求める。2つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれがあったとしても、アライメントマークの位置ずれ量は2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。すなわち検出位置の和にはマーク自体の位置ずれ量は反映されない。
従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。以上のようにして、アライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差が検出される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法の説明の前に、その技術的意義の理解に必要な前提となるアライメント装置について説明する。
【0015】
図1は、アライメント装置の概略構成図である。
図1に示すアライメント装置は、電子線近接リソグラフィや等倍X線リソグラフィなどの転写型露光方法において露光するために、ウエハWに形成されたウエハ側アライメントマークとマスクMに形成されたマスク側アライメントマークを観察し、ウエハWに対してマスクMを位置合わせするものである。LEEPL(low energy electron beam proximity projection lithography)に適用する場合、マスクMは膜厚0.5μmのメンブレン(薄膜)にパターンの貫通孔が形成されているステンシルマスクとなる。
【0016】
上記のアライメント装置は、大別して、ウエハWとマスクMの保持部(不図示)と、アライメント光学系10と、制御部18とを有する。アライメント光学系10は、光源11、コンデンサレンズ12、ビームスプリッタ13、対物レンズの瞳14、対物レンズ15、結像レンズ16、撮像素子17とを有する。
【0017】
上記の保持部(不図示)は、等倍露光となるように、通常ウエハWのレジスト膜に対してマスクMを50μm程度の距離に保持するとともに、不図示の機構によりウエハに対するマスクの相対的な位置を調節可能となっている。
【0018】
光源11は、例えばHgランプあるいはXeランプなどであり、ウエハWに形成されたレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の自然光である照明光LIを出射する。
【0019】
光源11からの照明光LIは、コンデンサレンズ12により集光され、ビームスプリッタ13の分光面で進路を屈曲させ、対物レンズの瞳14を通過し、対物レンズ15によりウエハWの表面に対して斜めの方向からマスクMを介してウエハWのウエハ側アライメントマークに対して照射され、またマスクMのマスク側アライメントマークに対して照射される。
【0020】
各アライメントマークからの反射あるいは散乱光(以下、散乱光と称する)LRは、入射経路を辿り、対物レンズ15、対物レンズの瞳14、ビームスプリッタ13を通過し、結像レンズ16により受光部である撮像素子17に結合され、ウエハWのウエハ側アライメントマークとマスクMのマスク側アライメントマークが撮像される。
【0021】
CCD等からなる撮像素子17で撮像された撮像データは、制御部18において画像処理され、ウエハWのウエハ側アライメントマークとマスクMのマスク側アライメントマークの位置が測定され、マスクとウエハの位置ずれが測定される。
さらに、制御部18により、上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハWに対するマスクMの位置が調整され、位置合わせされる。上記の制御部18は、コンピュータと駆動装置とにより実現される。
【0022】
図2は、図1のマスクとウエハの拡大断面図であり、(a)はアライメント時、(b)は露光時を示す。
【0023】
図2(a)に示すように、マスクMは、貫通孔からなるパターンPやマスク側アライメントマークMAが薄膜22に形成され、薄膜22の強度を補強すべく、梁23が形成されている。上記のマスクは、例えばSOI基板をエッチングすることにより形成され、この場合には薄膜22はシリコンで形成され、梁23はシリコン基板20と酸化シリコン膜21で形成される。
【0024】
マスクMに50μm程度の距離を空けて対向配置されたウエハWは、シリコン基板30と、シリコン基板30上に堆積された被加工膜31と、被加工膜31上に形成されたレジスト膜32とを有する。ウエハWは、シリコン基板30の表面がパターン加工されて形成されたウエハ側アライメントマークWAを有する。
【0025】
ウエハ側アライメントマークWAは、シリコン基板30のみに形成されるものではなく、被加工膜31にも加工後に形成され、その上層の膜のアライメントの際に使用される。従って、ウエハ側アライメントマークWAの厚さあるいは深さ、幅等の寸法は、層の膜厚に応じて異なり、また、製作するデバイスによっても異なるものである。
【0026】
図2(a)に示すように、ウエハWに対してマスクMが50μm程度の距離をもって保持された状態で、レジスト膜32が感光する領域を除く領域の波長の照明光LIを、ウエハWの表面に対して斜めの方向からマスクMを通してウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対して照射し、またマスクMのマスク側アライメントマークMAに対して照射する。
【0027】
ウエハWおよびマスクMの各アライメントマークWA,MAからの散乱光を受光し、受光した散乱光から、ウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対するマスクMのマスク側アライメントマークMAのずれを検出する。
【0028】
図2(b)に示すように、上記で得られたずれ量に応じて、ウエハWに対するマスクMの位置を調節して位置合わせした後、マスクMを介してウエハWに対しレジスト膜32が感光する電子線EBなどを照射して露光する。
【0029】
上記の露光の際のアライメント動作において、上記したように、ウエハW上のウエハ側アライメントマークWAの寸法は、製作するデバイス等によって変化するものである。アライメントマークの寸法が変化することによってマークの散乱光の配向が変化するために、アライメント光学系の対物レンズ15に入射する波面の強度分布が変化する。配向(分布)とは、どのくらいの強さの光が、どの方向に出ているかを示したものをいう。
【0030】
図3は、マーク散乱光の配向変化によるアライメント誤差を説明するための図である。
【0031】
アライメント光学系によるマーク像の強度分布は、下記式(1)で示されるように、マーク散乱光の波面に結像光学系の瞳関数を掛け合わせた波面のフーリエ変換となるので、マーク散乱光の配向が変化することによってマーク像の強度分布は変化する。従って、マーク像位置が変化し、位置検出誤差が発生する。
【0032】
【数1】
【0033】
上記式(1)において、Gはマーク散乱光の配向分布であり、Pは下記式(2)で示される対物レンズの瞳関数であり、WFAは波面収差である。また、ξ’=sinθ、x’=X/λ、z’=z/λである。点像強度分布I(x,z)は下記式(3)で示される。
【0034】
【数2】
【0035】
【数3】
【0036】
以下に、対物レンズの波面収差とマーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を計算した例について説明する。
対物レンズ15が図4(a)に示すような波面収差WFAをもつと仮定する。この対物レンズ15に図4(b)に示すような均一配向分布G1のマーク散乱光および不均一配向分布G2のマーク散乱光が入射した場合のマーク像の位置をそれぞれ計算した。
【0037】
図4(a)のθは、図3に示す対物レンズの中心とウエハ側アライメントマークWAの中心とを結ぶ線に対する散乱光の角度θを意味する。瞳関数を決定する主要因である図4(a)に示す波面収差WFAは、下記式(4)で示される5次関数で仮定でき、その大きさをRMS(平方自乗平均)でλ/12.9とした。また、図4(b)に示す不均一配向分布G2はレンズの中央と周辺とで光の強度が10%変化し、その変化が2次関数に従うと仮定した例である。
【0038】
【数4】
【0039】
図5(a)は均一配向分布G1の場合の点像強度分布の計算結果を示す図であり、図5(b)は不均一配向分布G2の場合の点像強度分布の計算結果を示す図である。
【0040】
図5(a)および図5(b)に示すように、点像強度分布の形状は、マーク散乱光の配向が変化してもほとんど変化しないことがわかる。この点像強度分布の重心位置が制御部18により計算されて、ウエハ側アライメントマークWAの位置と決定される。図5(a)および図5(b)の点像強度分布からの重心位置の測定により、マーク散乱光の配向が10%変化すると、マーク位置は約25nm変位することが求められた。
【0041】
図6を参照して、マーク散乱光の配向の変化と点像強度分布の重心位置の変位との関係について説明する。
図6(a)に示すように、マーク散乱光の配向分布G(θ)が二次関数であると仮定し、レンズの周辺に相当する光強度を1とし、レンズの周辺とレンズの中央の光強度の差をHとする。
【0042】
図6(b)は、図6(a)に示す配向分布のHを変化させた場合における点像強度分布の重心位置の変化を示す図である。図6(b)に示すように、配向分布の変化が大きくなるにつれて重心位置の変位も大きくなり、配向分布が40%変化すると点像強度分布の重心位置は95nm変化することがわかる。
【0043】
以上示したように、マーク散乱光の配向が変化すると、点像強度分布の重心位置が変化することがわかる。しかし、図5を用いて説明したように、マーク散乱光の配向の変化によるアライメントマークの位置検出誤差は、マーク自体の位置変化と分離できないために検出が極めて困難である。従って、マーク散乱光による位置検出誤差は、補正することも低減することも困難である。
【0044】
しかし、従来技術の欄で述べたように、近年の微細加工では無視できない誤差が発生するため、マーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を補正あるいは低減することは重要であり、そのためにマーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を抽出することが必要である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を検出するアライメント誤差検査装置に関するものである。
【0045】
図7は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置の構成を説明するための図であり、(a)は正面図、(b)は平面図である。
【0046】
図7(a)に示すように、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置は、ウエハの法線VLに対して対称に配置され、ウエハ側アライメントマークWAを斜方から観察する第1の検出光学系10−1および第2の検出光学系10−2を有する。
【0047】
2つの検出光学系10−1,10−2のそれぞれは、図1に示すアライメント装置のアライメント光学系と同様の構成を有する。また、2つの検出光学系10−1,10−2は、ウエハの法線VLとの間の角度θ’が、実際のアライメント光学系10におけるものと同じにすることが好ましい。実際のアライメント光学系10と同じ条件とすることにより、より正確な誤差を検出するためである。
【0048】
同様の理由で、検出光学系は、露光装置のアライメントに使用されるアライメント光学系10と同じ収差をもつ対物レンズを使用したものであることが好ましい。また、後述するように、一方の検出光学系に、他方に比して無視できるほどに収差の小さい高性能な対物レンズを使用することが有効である。
【0049】
処理部40は、2つの検出光学系10−1,10−2からのウエハ側アライメントマークWAの検出位置の和を求める。処理部40は、本発明の誤差検出部に相当し、コンピュータにより実現される。
【0050】
図7(b)に示すように、ウエハWの平面座標であるx座標を考えると、2つの検出光学系10−2,10−2は、同じウエハ側アライメントマークWAを正反対の方向から観察していることから、x座標の正負は両者で正反対となる。
【0051】
上記の検出装置のウエハ保持部(不図示)において、基本的にウエハの位置は一定の基準位置に保持されるが、ウエハの出し入れにより若干の位置ずれΔxが発生する。従って、ウエハ側アライメントマークWAのずれ量をΔxとすると、第1の検出光学系10−1により検出されるウエハ側アライメントマークWAの検出位置X1は下記式(5)で示され、第2の検出光学系10−2により検出されるウエハ側アライメントマークWAの検出位置X2は下記式(6)で示される。
【0052】
【数5】
X1=x01+Δx+α …(5)
【0053】
【数6】
X2=x02−Δx+β …(6)
【0054】
上記式(5),(6)において、X1,X2は2つの検出光学系により実際に観測される位置であり、Δxはマーク自体の位置の変化量(ずれ量)である。x01,x02は、アライメントマークが位置すべき基準位置である。αは第1の検出光学系10−1におけるマーク散乱光の配向に起因する誤差であり、βは第2の検出光学系10−2におけるマーク散乱光の配向に起因する誤差である。
【0055】
2つの検出光学系により検出された検出位置X1,X2の和が、処理部40により演算される。下記式(7)に示すように、上記式(5)と(6)の和を演算すると、マーク自体の位置のずれ量Δxは2つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、消去される。
【0056】
【数7】
α+β=(X1+X2)−(x01+x02) …(7)
【0057】
検出位置の和は、基本的に同じ位置(x01+x02)のアライメントマークを検出している場合には、ウエハの出し入れにおいて誤差Δxがあったとしても検出位置の和には反映されないから一定のはずである。従って、下記式(8)に示すように検出位置の変化Δ(X+Y)は、マーク自体の位置のずれ量ではなく、マーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当する。
【0058】
【数8】
Δα+β=Δ(X1+X2) …(8)
【0059】
ただし、上記式(8)のように2つの検出光学系からのマーク散乱光の配向に起因する位置検出誤差の合計が観測されるため、各々の検出光学系の単独誤差は分離できない。従って、上記のようにして検出された位置検出誤差の合計に基づいて、露光の際のアライメント誤差を予測し検出する一例としては、以下に示すような方法を採用する。
【0060】
図8は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第1のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【0061】
ウエハ側アライメントマークの寸法が異なる各ウエハに対し、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置により2つの検出光学系10−1,10−2の検出位置の和(X1+X2)を測定する(ステップST1)。
【0062】
検出位置の和が測定された後、露光装置によりウエハ側アライメントマークを用いてウエハWをアライメントし、ウエハWに露光を行い(ステップST2)、露光により得られたパターンの位置ずれを測定する(ステップST3)。
【0063】
そして、マーク検出位置の和と、実際に露光したパターンの目標位置からのずれ量(位置検出誤差に相当)との関係を示す補正テーブルを作成する(ステップST4)。より詳細には、目標位置からのずれ量が0であったマーク検出位置の和を基準和として決定し、基準和からの検出位置の和の変化(差)と位置検出誤差との関係を示す補正テーブルを作成する。
【0064】
上記のような補正テーブルを予め作成しておくことによって、補正テーブルに基づいて、新たなアライメントマークに対しマーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差を検出することができる。すなわち、基準和からの検出位置の和の変化に基づいて位置検出誤差が検出される。
【0065】
図9は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第2のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。本例では、補正テーブルを作成せずに、露光装置におけるマーク散乱光の誤差を予想する例について説明する。
【0066】
検出光学系の収差と散乱光の配向変化によって発生する誤差は、上記式(1)を用いて図4〜図6に示したように、予想可能である。従って、検出光学系に使用される対物レンズの波面収差と露光装置に使用される対物レンズの波面収差が測定されているならば、図1の式を用いて正確にアライメント誤差を予測することができる。このためには、一方の検出光学系に、収差が無視できる高性能な対物レンズを使用することが計算を簡単にするため有効である。これによりマーク散乱光による位置検出誤差は、収差の大きい対物レンズをもつ他方の検出光学系のみによって発生するものとすることができる。
【0067】
図示しないウエハ保持部に保持されたウエハWのウエハ側アライメントマークWAの検出位置を2つの検出光学系10−1,10−2により検出し、処理部40により検出位置の和(X1+X2)を演算する(ステップST11)。予め誤差がない場合の検出位置の基準和を求めておき、この基準和からの演算された検出位置の和の変化を求める。上記式(8)における一方のαあるいはβは無視できることから、検出位置の和の変化は、Δα(β)となり、片方の検出光学系におけるマーク散乱光の配向変化のみに起因すると近似できる。
【0068】
図6(a)の配向分布と(b)の重心位置(検出位置)の変化を用いて説明したように、検出光学系の収差(主として対物レンズの収差)がわかっていれば、検出位置の変化(図6(b)の縦軸に相当)から、散乱光の配向分布を予測することができる(ステップST12)。この配向分布は、2次関数で表されるものとする。
【0069】
次に、予測された配向分布(図6(a)に相当)と、露光装置に使用されるアライメント光学系の対物レンズの収差に基づいて、アライメント光学系で発生するマーク位置の位置検出誤差を予測する(ステップST13)。以上においては、収差の発生原因は対物レンズのみであり、その他のレンズの収差は無視できるものとした。
【0070】
以上のようにして予測された位置検出誤差は、実際の露光装置によるアライメントに反映される。図10は、露光装置の構成の一例を示す図である。
【0071】
図10は、LEEPLに用いる露光装置であり、この露光装置は、電子銃60、アパーチャ61、コンデンサレンズ62、一対の主偏向器63,64および一対の副偏向器65,66を有する。
【0072】
電子銃60から出射された電子線EBは、アパーチャ61により径が制限され、コンデンサレンズ62により平行なビームにされる。主偏向器63,64は、電子線EBが平行なままマスクMに垂直に入射するように、電子線EBを偏向させる。
【0073】
電子線EBはラスターまたはベクトル走査モードのいずれかでマスク(ステンシルマスクと称される)Mに入射するが、いずれの場合も電子線EBの偏向に主偏向器63,64が用いられる。副偏向器65,66は、主偏向器63,64によって偏向された電子線EBをさらに微調整する。
マスクMを通過した電子線EBは、ウエハWに形成された電子線露光用のレジスト膜に照射され、パターン露光される。
【0074】
ここで、露光装置は、アライメント光学系10と制御部18とを有するアライメント装置を備えている。このアライメント装置は、図1を参照して説明したものと同様の構成である。
【0075】
すなわち、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の照明光LIが、ウエハWの表面に対して斜めの方向からマスクMを介してウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対して照射され、またマスクMのマスク側アライメントマークMAに対して照射される。
【0076】
さらに、ウエハWおよびマスクMの各アライメントマークWA,MAからの散乱光を受光し、受光した散乱光から、ウエハWのウエハ側アライメントマークWAに対するマスクMのマスク側アライメントマークMAのずれを検出する。
【0077】
上記のウエハ側アライメントマークの検出位置の決定は上述したように予測されたマーク散乱光の位置検出誤差だけ補正して行い、補正後の検出位置に対してマスクMのずれ量分だけアライメントを行う。アライメント後、露光することにより、正確な位置にパターンが形成される。
【0078】
以上のように本実施形態に係るアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法によれば、アライメントマークからの散乱光の配向分布の変化によるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができる。従って、ウエハに形成されたアライメントマークを用いてウエハの位置合わせを正確に行う必要がある場合に、位置検出誤差分だけ補正することにより正確な位置を検出することができ、その結果、正確なアライメントを実現することができる。
【0079】
また、マーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差分だけ補正して、露光の際にアライメントを行うことにより、正確なパターンを露光することができる。マーク散乱光の変化に起因する位置合わせ誤差を低減できることから、半導体デバイスに形成する各層間の位置合わせ精度が向上しかつ均一なものとなる。
【0080】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本発明のアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法は、様々な露光に適用することができる。従って、露光装置やこれに用いられるマスクには特に限定はない。また、検出光学系の構成については、種々の変更が可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0081】
【発明の効果】
本発明によれば、アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アライメント装置の概略構成図である。
【図2】図1のマスクとウエハの拡大断面図であり、(a)はアライメント時、(b)は露光時を示す図である。
【図3】マーク散乱光の配向性変化によるアライメント誤差を説明するための図である。
【図4】対物レンズの波面収差とマーク散乱光の配向変化によるアライメント誤差を説明するための図であり、(a)は対物レンズの波面収差を示す図であり、(b)は散乱光の配向分布を示す図である。
【図5】(a)は均一配向分布の場合の点像強度分布の計算結果を示す図であり、(b)は不均一配向分布の場合の点像強度分布の計算結果を示す図である。
【図6】マーク散乱光の配向分布の変化と点像強度分布の重心位置の変位との関係について説明するための図であり、(a)は散乱光の配向分布を示し、(b)は配向分布の変化と重心位置の変化の関係を示す。
【図7】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置の構成を説明するための図であり、(a)は正面図、(b)は平面図である。
【図8】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第1のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【図9】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第2のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【図10】露光装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
10…アライメント光学系、10−1…第1の検出光学系、10−2…第2の検出光学系、11…光源、12…コンデンサレンズ、13…ビームスプリッタ、14…対物レンズの瞳、15…対物レンズ、16…結像レンズ、17…CCD撮像素子、18…制御部、20…シリコン基板、21…酸化シリコン膜、22…メンブレン、23…梁、30…シリコン基板、31…被加工膜、32…レジスト膜、40…処理部、60…電子銃、61…アパーチャ、62…コンデンサレンズ、63,64…主偏向器、65,66…副偏向器、M…マスク、MA…マスク側アライメントマーク、W…ウエハ、WA…ウエハ側アライメントマーク、LI…照明光、LR…散乱光、EB…電子線。
Claims (12)
- 被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置であって、
前記被処理体の法線に対して対称に配置され、前記アライメントマークを斜方から観察する2つの検出光学系と、
2つの前記検出光学系からの前記アライメントマークの検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する誤差検出部と
を有するアライメント誤差検出装置。 - 前記誤差検出部は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項1記載のアライメント誤差検出装置。 - 2つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系は、無視し得る収差をもつ対物レンズを有する
請求項1記載のアライメント誤差検出装置。 - マスクと被露光体にそれぞれ形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記被露光体に形成された前記アライメントマークからの前記散乱光の配向分布の変化による位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置であって、
前記被露光体の法線に対して対称に配置され、前記アライメントマークを斜方から観察する2つの検出光学系と、
2つの前記検出光学系からの前記アライメントマークの検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する誤差検出部と
を有するアライメント誤差検出装置。 - 前記誤差検出部は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項4記載のアライメント誤差検出装置。 - 2つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系は、無視し得る収差をもつ対物レンズを有する
請求項4記載のアライメント誤差検出装置。 - 被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出方法であって、
前記被処理体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、同じ前記アライメントマークを斜方から観察して、前記アライメントマークの検出位置を求める工程と、
2つの検出光学系により得られる前記検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する工程と
を有するアライメント誤差検出方法。 - 前記位置検出誤差を検出する工程は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項7記載のアライメント誤差検出方法。 - 2つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系に、無視し得る収差をもつ対物レンズを使用する
請求項7記載のアライメント誤差検出方法。 - マスクと被露光体にそれぞれ形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記被露光体に形成された前記アライントマークからの前記散乱光の配向分布の変化による位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出方法であって、
前記被露光体の法線に対して対称に配置された2つの検出光学系により、同じ前記アライメントマークを斜方から観察して、前記アライメントマークの検出位置を求める工程と、
2つの検出光学系により得られる前記検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する工程と
を有するアライメント誤差検出方法。 - 前記位置検出誤差を検出する工程は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項10記載のアライメント誤差検出方法。 - 2つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系に、無視し得る収差をもつ対物レンズを使用する
請求項10記載のアライメント誤差検出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003194992A JP2005032911A (ja) | 2003-07-10 | 2003-07-10 | アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003194992A JP2005032911A (ja) | 2003-07-10 | 2003-07-10 | アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005032911A true JP2005032911A (ja) | 2005-02-03 |
Family
ID=34205967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003194992A Pending JP2005032911A (ja) | 2003-07-10 | 2003-07-10 | アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005032911A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015528922A (ja) * | 2012-06-26 | 2015-10-01 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 装置様散乱測定法のオーバーレイターゲット |
CN110349874A (zh) * | 2018-04-04 | 2019-10-18 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种套刻对准的检测方法 |
-
2003
- 2003-07-10 JP JP2003194992A patent/JP2005032911A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015528922A (ja) * | 2012-06-26 | 2015-10-01 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 装置様散乱測定法のオーバーレイターゲット |
CN110349874A (zh) * | 2018-04-04 | 2019-10-18 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种套刻对准的检测方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7625679B2 (en) | Method of aligning a particle-beam-generated pattern to a pattern on a pre-patterned substrate | |
WO2008038751A1 (fr) | Procédé de mesure de largeur de ligne, procédé de détection de statut de formation d'image, procédé d'ajustement, procédé d'exposition et procédé de fabrication de dispositif | |
JP4756341B2 (ja) | 位置検出装置及び露光装置 | |
US8077391B2 (en) | Wavefront aberration measuring method, mask, wavefront aberration measuring device, exposure apparatus, and device manufacturing method | |
US7388213B2 (en) | Method of registering a blank substrate to a pattern generating particle beam apparatus and of correcting alignment during pattern generation | |
CN111183396B (zh) | 用于确定辐射的束的对齐属性的方法和装置 | |
NL2014267A (en) | Lithographic apparatus and method. | |
JP2001217174A (ja) | 位置検出方法、位置検出装置、露光方法、及び露光装置 | |
TW201901289A (zh) | 判定護膜劣化補償校正之方法及相關聯微影裝置及電腦程式 | |
JP2005337912A (ja) | 位置計測装置、露光装置、及びデバイスの製造方法 | |
JP2006191046A (ja) | 傾斜された焦点合わせを行う方法及び露光装置、並びにそれにしたがって製造されたデバイス | |
US8077290B2 (en) | Exposure apparatus, and device manufacturing method | |
JP2005032911A (ja) | アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法 | |
JP2013149928A (ja) | リソグラフィー装置および物品を製造する方法 | |
Goldberg et al. | Benchmarking EUV mask inspection beyond 0.25 NA | |
EP4312078A1 (en) | Contamination determination | |
JP2004172316A (ja) | 投影光学系の収差計測方法及び装置、並びに露光装置 | |
JP2005197330A (ja) | 露光装置及び露光方法 | |
US20230418168A1 (en) | Metrology system and lithographic system | |
JP2010199453A (ja) | 検出方法、光学特性計測方法、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 | |
JP2004165250A (ja) | マスク検査方法、マスク検査装置、露光方法、及び露光装置 | |
JP2003021914A (ja) | 光学特性測定方法、光学特性測定装置、及び露光装置 | |
JP2003149411A (ja) | 光学素子の製造方法、光学素子、該素子を搭載した検査装置、該検査装置を備えた露光装置及び点回折型干渉計測定装置 | |
JP2005123427A (ja) | 光学性能測定方法、露光方法、露光装置、及びマスク | |
WO2021249711A1 (en) | Metrology method, metrology apparatus and lithographic apparatus |