JP3258178B2 - 位置合わせ方法 - Google Patents

位置合わせ方法

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JP3258178B2
JP3258178B2 JP23083494A JP23083494A JP3258178B2 JP 3258178 B2 JP3258178 B2 JP 3258178B2 JP 23083494 A JP23083494 A JP 23083494A JP 23083494 A JP23083494 A JP 23083494A JP 3258178 B2 JP3258178 B2 JP 3258178B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、IC、LSI等の半導
体装置の製造工程で使用される露光装置及びパターン位
置測定装置の位置検出精度の向上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、LSI等の回路パターンの微細化
に伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する
光学式縮小投影露光装置が広く使用されてきた。しか
し、パターン寸法が0.2μm以下の半導体デバイスを
製造するためには、従来の光学式縮小露光装置ではパタ
ーン解像度に限界がある。そのため、電子ビーム露光装
置が注目されている。電子ビーム露光装置でデバイスパ
ターンを描画する場合、描画に先だってウエハを高精度
に位置合わせ(アライメント)する必要がある。アライ
メントはウエハに形成されたマーク位置を検出する。こ
のウエハマークの測定方法としては、大きくグローバル
方式とダイバイダイ方式に分類できる。ダイバイダイ方
式はウエハ上のチップ毎にアライメントを行うため高精
度な位置合わせが可能である。しかし、実際の生産では
グローバルアライメントはマークの位置検出回数が少な
くアライメントに要する時間が少ないという利点があ
る。
【0003】グローバルアライメント方式はウエハに形
成された数個のアライメントマークをアライメント光学
系を用いて測定し、得られたマーク位置からチップの配
列を補正して露光を行うものである。
【0004】このような、露光装置のアライメント精度
は、例えばウエハ上のレジストの塗布状態やウエハに形
成されたマークの状態の影響を受ける。このマーク形状
の影響を低減する位置合わせ方法としては、例えば特開
平2−294015によって報告されている。
【0005】この位置合わせ方法は、チップに設けられ
ているマークの検出信号(マーク信号)の状態、もしく
はチップ位置毎の計測位置データの状態から、各計測位
置データの信頼度を決定し、この信頼度に応じて重み付
けされた各位置計測データに関連する値からウエハ上の
各チップの配列(補正位置データ)を決定している。
【0006】また、この位置合わせ方法は、決定された
チップ配列を近似関数で示す場合、計測位置データによ
って示される実際の露光位置と、該近似関数によって示
される露光位置の残差の自乗もしくは絶対値を、各計測
位置データのそれぞれの信頼度に応じて重み付けし、こ
の重み付けされた残差の総和を最小とするように該近似
関数を決定する最小二乗法を適用している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、チップに設け
られているマークの検出信号(マーク信号)の状態、も
しくはチップ位置毎の計測位置データの状態から、各計
測位置データの信頼度を決定する方法では以下のような
問題があった。図5は、アライメントマークが塗布され
たレジスト51の非対称性などの原因によってアライメ
ント検出位置が変化した例を示す。(a)はマークの非
対称性が無いとき、(b)はマークの非対称性があると
きを示す。(b)のアライメント検出信号は(a)の波
形が平行シフトして出力されることが多い。このように
アライメント検出信号の形状が変化せず平行シフトした
場合に、従来の位置合わせ方法では(a)と(b)マー
ク位置計測値の信頼度は同一と判断されてしまう。
【0008】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、検出したアライメントマークの一
部に異常があった場合においても、アライメント精度が
この異常なデータに影響されないデータ処理を提案する
ものである。
【0009】
【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
るために本発明では、チップ領域ごとに設けられている
マークの検出信号の状態、もしくはチップ領域ごとの計
測位置データから、ウエハ上の各チップの配列を求最小
二乗法で求め、アライメント検出信号より得られたマー
ク位置と求めたチップ配列上のマーク位置の残差によっ
て重みを調節し、最小二乗法を反復して再びチップ配列
を求めている。これにより、アライメント計測データの
一部に誤りがあるときにも誤りのデータを除去もしくは
重みを小さくすることでアライメント精度の向上が図れ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の詳細をウエハに回路パターン
を形成する電子ビーム描画装置を例にとった実施例を用
いて説明する。図1は、本発明による荷電ビーム描画装
置の一実施例である電子ビーム描画装置の構成を示す概
略図である。この図に示すように鏡筒1a内の上部には
電子銃2が設置されており、この電子銃2の先端からは
電子ビーム3が照射される。照射された電子ビーム3は
集束レンズ4で集束され、ビーム走査用の偏向器5を通
過した後、対物レンズ6により再び集束され、ウエハ面
8上で結像される。
【0011】一方、鏡筒1aの下部には試料室1bがあ
り、この底部には、図示していない移動手段によりxy
平面に移動可能なウエハ8を載置するステージ7が配置
されている。このウエハ8表面では電子ビーム3の照射
位置は偏向器5と偏向器の制御系12によって補正され
る。さらに、ウエハ上に形成されたマークを検出するア
ライメント光学系9、得られた測定値を計算する演算部
13、電子ビームの照射位置を補正する制御系で構成さ
れる。アライメント光学系9はレーザ光10などを用
い、ステージ7の移動に伴うマークからの反射光の強度
変化を測定することでウエハ8のxy方向のマーク位置
の検出を行う。本発明において、検出光学系9の方式
は、特に限定しない。
【0012】図2はウエハ8に予め形成したアライメン
トマーク16の配置例を示す。このウエハ8を電子ビー
ムで描画するのに先立ち、ステージ7上にウエハ8を搭
載した状態でアライメントマーク16位置をアライメン
ト光学系9で測定する。ウエハチップの位置誤差は図3
に示すように、線形誤差(平行シフト31、回転32、
倍率33、直交度34)とランダム誤差35に分離でき
る。また、理論上のマーク位置(x,y)と測定によっ
て得られたマーク位置との差を(dx,dy)とする
と、ウエハの変形は次式であらわされる。
【0013】
【数1】 dx =αx −(θc +θo )y+Mx ・x+Sx (1) dy =αy +θc ・x+My ・y+Sy ここで、(αx ,αy )はxy方向の平行シフト誤差、
(Mx ,My )は倍率誤差、(θc )は回転方向の誤
差、(θo )は直交度誤差、(Sx ,Sy )は残りのラ
ンダム誤差を表す。これらの線形誤差係数(αx ,αy
,θc ,θo ,Mx,My )は演算部13で最小二乗法
を用いて求める。ここでは、1次の線形成分の導出につ
いて述べたが、高次成分についても同様の手法で求める
ことができる。
【0014】しかし、最小二乗法は、測定値に偏りがな
く、その誤差が正規分布をし、さらにモデルにも近似の
誤差がないという前提を置いている。しかし、これらの
前提は、データ解析の最終的な段階でのみ近似的に満た
すことができる理想の状態であり、データ解析の初期段
階ではとうてい満たすことができない。実際の測定値に
は、アライメントマークの形状誤差によって大きな誤差
を持つことがある。このような不完全なデータに最小二
乗法を機械的に適用すると、誤った測定値にひっぱられ
て全く誤った値が得られる。グラフなどを作って人が直
接にあてはめを行うときには、そのような異常にすぐに
気がついて何らかの処置を行える。ところが、計算機で
は機械的に計算をしてしまって、問題があることに気が
つかないことがある。このような経験の反省として、デ
ータやモデルの不完全性をも予期し、小数の不特定なデ
ータには誤りがあるかもしれないが大多数のデータは信
頼できるものと考えて、あてはめを行う。その目標は、
(a)データの一部に誤りがあるときにもパラメータの
推定値にずれが生じにくいこと、また、(b)誤差の分
布が正規分布のときだけでなく、裾の広い非線形型の種
々の誤差分布に対しても、パラメータの推定値の分散が
十分に小さくなる。このような目標を実現する推定法の
一つにM推定法がTukey(National Ac
ademyof Sciences,Washingt
on(1974),pp.3−14)らによって報告さ
れている。
【0015】いま、n個の測定値yi (i=1〜n)が
与えられ、それぞれの測定条件での誤差の確立分布が真
値yi 0 と分散σi 2 とを用いてP(yi ;yi 0 ,σ
i 2)=P((yi −yi 0 )/σi 2 )と仮定される
とするとする。パラメータ推定値xに対する尤度は、
【0016】
【数2】 である。尤度最大の条件は、対数尤度の形であらわし
て、
【0017】
【数3】 となる。これをパラメータxj (j=1〜n)で微分す
ると、方程式
【0018】
【数4】 が得られる。ここで、vi は残差(=yi −f
(x))、Aijはヤコビアン係数fi /xi 、Ψ(v
i )は
【0019】
【数5】 Ψ(z)=−d(log P(z)/dz) (5) である。もし、誤差分布が正規分布であれば、
【0020】
【数6】 Ψ(z)=z (6) となり、(4)式は最小二乗法の式(7)と同じにな
る。
【0021】
【数7】 一方、もし、正規分布以外の誤差分布を考えれば、
(4)式はその誤差分布に対する最尤推定法の基本式で
あり、最小二乗法とは異なる。
【0022】さらに考えを一般化して、誤差分布P
(z)から離れて任意の関数Ψ(z)を取り上げ、
(4)式をあてはめの基本方程式であると考える。
(4)式を(7)式に対応するように書くと、
【0023】
【数8】 であるから、最小二乗法の重みωi =σo 2 /σi 2
かわりに、有効重み
【0024】
【数9】 ωi eff =[Ψ(vi /σi )/(vi /σi )]・σo 2 /σi 2 =[Ψ(vi /σi )/(vi /σi )]・ωi を用いたのと同等になる。ここで、zi =vi /σi
用いたのと同等になる。ただし、この有効重みは残差に
依存しているのでパラメータの推定値の変化に応じて有
効重みも変化させなければならない。このように有効重
みを調整しつつ重みつき最小二乗法を反復すれば、最尤
法をもととする任意のあてはめ法を実現できる。重み調
整因子ωi eff は以下のように与える。
【0025】(i) 規格化残差|zi |が小さいときは、
最小二乗法と同等の重みを持つ。 (ii) 規格化残差|zi |が極めて大きいときには、重
みをゼロとする。 (iii) その中間では重みが連続的に変化する。
【0026】図4は、アライメントを行ったときのアラ
イメント計測誤差を示した例である。図の縦軸41は、
アライメントマーク座票の理論値と実測値を格子点補正
した位置との差を示したものである。横軸42はウエハ
の中心を原点としたときのアライメントXマーク位置を
示した。この図から、No.6とNo.10のマークが
0.1μmほどはずれていることが分かる。このように
マークの検出誤差が大きい場合には異常であることを認
識し、格子点補正計算時に上記の方法で異常値を除けば
よい。本発明は電子ビーム装置を用いて説明したが、光
縮小投影露光装置のアライメントに適用できるのは当然
として、あらゆる位置測定装置にも適用できる。
【0027】
【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、ア
ライメント形状の異常などが原因となって大きなアライ
メント誤差が発生した場合においても、この異常なデー
タに影響されることなく位置合わせを行うことが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の構成概略図。
【図2】 ウエハ上に形成されたアライメントマークを
示す平面図。
【図3】 アライメントによる誤差の分類を示す平面
図。
【図4】 アライメント計測誤差の例を示す図。
【図5】 アライメントマークが非対称な場合の検出信
号の変化を示す断面図。
【符号の説明】
1a…鏡筒 1b…試料室 2…電子銃 3…電子ビーム 4…集束レンズ 5…偏向器 6…対物レンズ 7…ステージ 8…マスク 9…位置検出器 10…レーザ光軸 11…位置検出器制御系 12…偏向器制御系 13…演算部 16…アライメントマーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−232028(JP,A) 特開 平3−153015(JP,A) 特開 平2−294015(JP,A) 特開 昭63−310116(JP,A) 特開 昭61−44492(JP,A) 特開 平5−217848(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望の位置に試料上の領域をアライメン
    トする位置合わせ方法において、前記試料上のいくつか
    の領域のマーク位置を検出し、この検出されたマーク位
    置を求め、前記検出されたマーク位置から各チップの配
    列を最小二乗法によって求め、前記検出されたマーク位
    置と前記チップの配列によって求められるマーク位置と
    の残差によって重みを調節し、最小二乗法を反復して再
    びチップ配列を求めることを特徴とする位置合わせ方
    法。
  2. 【請求項2】 前記検出されたマーク位置と前記チップ
    の配列によって求められるマーク位置との残差によって
    重みを調節する方法において、前記残差が小さいとき
    は、最小二乗法と同等の重みを持ち、残差が極めて大き
    いときには重みをゼロとし、残差が小さい場合と大きい
    場合の中間では重みが連続的に変化するように調節する
    手段を備えることを特徴とする請求項1記載の位置合わ
    せ方法。
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