JP3315540B2 - 位置計測装置、位置合わせ装置、露光装置およびデバイスの製造方法 - Google Patents
位置計測装置、位置合わせ装置、露光装置およびデバイスの製造方法Info
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- JP3315540B2 JP3315540B2 JP26521894A JP26521894A JP3315540B2 JP 3315540 B2 JP3315540 B2 JP 3315540B2 JP 26521894 A JP26521894 A JP 26521894A JP 26521894 A JP26521894 A JP 26521894A JP 3315540 B2 JP3315540 B2 JP 3315540B2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、計測装置一般、特に、
半導体ウェハ上に形成されたパターンに対してレチクル
像を露光転写するためにレクチルとウェハとを高精度に
位置合わせする位置合わせ装置を備えた露光装置に関す
る。
半導体ウェハ上に形成されたパターンに対してレチクル
像を露光転写するためにレクチルとウェハとを高精度に
位置合わせする位置合わせ装置を備えた露光装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化が急速
に進み、その半導体集積回路を製造する際の露光装置に
おいてはサブミクロンの解像度、これに対応した高精度
アライメントが強く要求されている。
に進み、その半導体集積回路を製造する際の露光装置に
おいてはサブミクロンの解像度、これに対応した高精度
アライメントが強く要求されている。
【０００３】一般的に、露光装置においてレチクル投影
像とウェハとの位置合わせ（以下、「アライメント」と
いう）を行なう場合、ウェハステージ上に置かれたウェ
ハを顕微鏡下に搬入し、該顕微鏡でウェハ上の位置合わ
せ用マーク（以下、「ウェハマーク」という）を観察
し、顕微鏡基準に対するウェハマークの位置ずれ量とそ
のときのステージポジションからウェハ位置を計測し、
レチクル投影像に対してウェハをアライメントする。
像とウェハとの位置合わせ（以下、「アライメント」と
いう）を行なう場合、ウェハステージ上に置かれたウェ
ハを顕微鏡下に搬入し、該顕微鏡でウェハ上の位置合わ
せ用マーク（以下、「ウェハマーク」という）を観察
し、顕微鏡基準に対するウェハマークの位置ずれ量とそ
のときのステージポジションからウェハ位置を計測し、
レチクル投影像に対してウェハをアライメントする。
【０００４】ウェハマークの位置ずれ量を計測する一つ
の手段としては、ウェハマークを照明し、この時のウェ
ハマークの光学像を対物レンズ、リレーレンズ、エレク
ターレンズで撮像素子上に拡大投影する方法が採られ
る。通常、この撮像素子として、撮像管または固体撮像
素子が使用されるが、座標の精度、安定性、画面内計測
の同時性等が計測精度に有利でかつ信頼性が高いという
ことでＣＣＤと呼ばれる固体撮像素子を使用しているこ
とが多いため、以下の記述はＣＣＤを例に取って説明す
る。
の手段としては、ウェハマークを照明し、この時のウェ
ハマークの光学像を対物レンズ、リレーレンズ、エレク
ターレンズで撮像素子上に拡大投影する方法が採られ
る。通常、この撮像素子として、撮像管または固体撮像
素子が使用されるが、座標の精度、安定性、画面内計測
の同時性等が計測精度に有利でかつ信頼性が高いという
ことでＣＣＤと呼ばれる固体撮像素子を使用しているこ
とが多いため、以下の記述はＣＣＤを例に取って説明す
る。
【０００５】ＣＣＤ上に拡大投影されたウェハマークの
光学像はＣＣＤの各画素ごとにその明るさに比例した電
気信号に変換される。その画像信号を処理することによ
りウェハマークの位置ずれ量が計測される。物理的な分
解能は、ＣＣＤの画素ピッチと顕微鏡の結像倍率により
決定される。ＣＣＤの標準的な画素数は５００×５００
程度であり、計測に必要な画面サイズは１００〜２００
μｍ□程度である。そのため、物理的な分解能は、０．
２〜０．４μｍ程度となる。実際には、ウェハマークの
光学像によるＣＣＤ画素ピッチごとの離散的なデータ
を、従来から提案されてきた様々な画像処理方法、例え
ば、 Ａ．選択されたデータから波形を類推し、そのピーク位
置を計測する Ｂ．波形形状から面積計算を行い、その図形の重心位置
を計算する Ｃ．波形の左右のスロープの対称性がもっとも高くなる
中心位置を計算する 等により処理することで、物理的な分解能の１／５〜１
／１０程度の計測分解能が得られている。
光学像はＣＣＤの各画素ごとにその明るさに比例した電
気信号に変換される。その画像信号を処理することによ
りウェハマークの位置ずれ量が計測される。物理的な分
解能は、ＣＣＤの画素ピッチと顕微鏡の結像倍率により
決定される。ＣＣＤの標準的な画素数は５００×５００
程度であり、計測に必要な画面サイズは１００〜２００
μｍ□程度である。そのため、物理的な分解能は、０．
２〜０．４μｍ程度となる。実際には、ウェハマークの
光学像によるＣＣＤ画素ピッチごとの離散的なデータ
を、従来から提案されてきた様々な画像処理方法、例え
ば、 Ａ．選択されたデータから波形を類推し、そのピーク位
置を計測する Ｂ．波形形状から面積計算を行い、その図形の重心位置
を計算する Ｃ．波形の左右のスロープの対称性がもっとも高くなる
中心位置を計算する 等により処理することで、物理的な分解能の１／５〜１
／１０程度の計測分解能が得られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ウェハマークの光学的
な信号波形に対して、ＣＣＤの画素ピッチが十分小さ
く、十分な計測点数がある場合には、ＣＣＤの画素位置
が光学的な信号波形に対してどの位置にあったとしても
同じ計測値を出すことができる。そのためには、顕微鏡
の結像倍率を高くするか、高分解能のＣＣＤを使用すれ
ばよいが、結像倍率を高くすると検出光量が減少してＳ
Ｎ比を落し、検出エラーを引き起こすという欠点があ
り、また、高分解能のＣＣＤを使用すると装置のコスト
が高くなるという欠点があるので、なかなかそうもいか
ない。
な信号波形に対して、ＣＣＤの画素ピッチが十分小さ
く、十分な計測点数がある場合には、ＣＣＤの画素位置
が光学的な信号波形に対してどの位置にあったとしても
同じ計測値を出すことができる。そのためには、顕微鏡
の結像倍率を高くするか、高分解能のＣＣＤを使用すれ
ばよいが、結像倍率を高くすると検出光量が減少してＳ
Ｎ比を落し、検出エラーを引き起こすという欠点があ
り、また、高分解能のＣＣＤを使用すると装置のコスト
が高くなるという欠点があるので、なかなかそうもいか
ない。
【０００７】そういった現実的な計測系で実際のウェハ
マーク信号を検出すると、相対的に計測点数が不十分
で、ＣＣＤの画素位置により測定値が変動する場合があ
る。すなわち、計測分解能不足による測定リニアリティ
不良になるといった問題点がある。
マーク信号を検出すると、相対的に計測点数が不十分
で、ＣＣＤの画素位置により測定値が変動する場合があ
る。すなわち、計測分解能不足による測定リニアリティ
不良になるといった問題点がある。
【０００８】そこで、本発明は上記従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであって、少ない計測回数で、精度
よくリニアリティーエラーを低減することができる位置
計測装置、位置合わせ装置、露光装置およびデバイスの
製造方法を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであって、少ない計測回数で、精度
よくリニアリティーエラーを低減することができる位置
計測装置、位置合わせ装置、露光装置およびデバイスの
製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、マークを有する被測定物を保持する移動ス
テージと、固体撮像素子を有する測定顕微鏡とを相対移
動させ、前記被測定物のマークの像を前記測定顕微鏡の
固体撮像素子上に結像させて、前記マークの位置を計測
する位置計測装置において、前記固体撮像素子の画像分
解能をＰとし、前記移動ステージと前記測定顕微鏡とを
Ｗｐずつ相対移動させて前記固体撮像素子上に結像され
るマークの位置をＭ回計測し、それらの計測値を演算し
て前記マークの位置を算出するとき、前記移動ステージ
と前記測定顕微鏡の相対移動量Ｗｐは、Ｎを整数とし
て、 Ｗｐ＝Ｐ×Ｎ±Ｐ／Ｍ を満たすことを特徴とする。
に本発明は、マークを有する被測定物を保持する移動ス
テージと、固体撮像素子を有する測定顕微鏡とを相対移
動させ、前記被測定物のマークの像を前記測定顕微鏡の
固体撮像素子上に結像させて、前記マークの位置を計測
する位置計測装置において、前記固体撮像素子の画像分
解能をＰとし、前記移動ステージと前記測定顕微鏡とを
Ｗｐずつ相対移動させて前記固体撮像素子上に結像され
るマークの位置をＭ回計測し、それらの計測値を演算し
て前記マークの位置を算出するとき、前記移動ステージ
と前記測定顕微鏡の相対移動量Ｗｐは、Ｎを整数とし
て、 Ｗｐ＝Ｐ×Ｎ±Ｐ／Ｍ を満たすことを特徴とする。
【００１０】また、前記位置計測装置により算出された
前記マークの位置に基づいて、前記被測定物の位置合わ
せを行う位置合わせ装置や、前記位置合わせ装置によ
り、レチクルとウェハとの相対的な位置合わせを行いレ
チクルパターンをウェハ上の露光転写する露光装置も本
発明に属し、さらに本発明は、表面に感光剤が塗布され
たウェハにマスクの回路パターンを露光する工程を有す
るデバイスの製造方法において、前記露光時に、前記露
光装置を用いたことを特徴とする。
前記マークの位置に基づいて、前記被測定物の位置合わ
せを行う位置合わせ装置や、前記位置合わせ装置によ
り、レチクルとウェハとの相対的な位置合わせを行いレ
チクルパターンをウェハ上の露光転写する露光装置も本
発明に属し、さらに本発明は、表面に感光剤が塗布され
たウェハにマスクの回路パターンを露光する工程を有す
るデバイスの製造方法において、前記露光時に、前記露
光装置を用いたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】上記のとおりに構成された本発明は、マークを
有する被測定物が置かれた移動ステージと、固体撮像素
子を有する測定顕微鏡とを相対移動させ、測定顕微鏡の
観察視野内に被測定物のマークを入れ、該マークの像を
測定顕微鏡の固体撮像素子上に投影結像させて、マーク
位置を計測する際、前記ステージと前記顕微鏡とを相対
的に所定量ずつ移動させてマーク像を計測し、当該複数
位置でのマーク像の計測値を平均してマーク位置を算出
する。
有する被測定物が置かれた移動ステージと、固体撮像素
子を有する測定顕微鏡とを相対移動させ、測定顕微鏡の
観察視野内に被測定物のマークを入れ、該マークの像を
測定顕微鏡の固体撮像素子上に投影結像させて、マーク
位置を計測する際、前記ステージと前記顕微鏡とを相対
的に所定量ずつ移動させてマーク像を計測し、当該複数
位置でのマーク像の計測値を平均してマーク位置を算出
する。
【００１２】即ち、例えば、ウェハマークの光学的な信
号波形とＣＣＤ画素との相対関係が異なる複数位置での
計測値を平均してウェハマーク計測値とすることによ
り、リニアリティーエラーを低減させることが可能とな
る。
号波形とＣＣＤ画素との相対関係が異なる複数位置での
計測値を平均してウェハマーク計測値とすることによ
り、リニアリティーエラーを低減させることが可能とな
る。
【００１３】特に、平均する測定点の数をＭ（Ｍは２の
倍数）、ウェハ上スケールでのＣＣＤ画素分解能をＰと
した時、ウェハステージＰ／ＭずつシフトさせたＭ点で
の測定値を平均する事により、少ない計測回数で、精度
よくリニアリティーエラーを低減することが可能とな
る。
倍数）、ウェハ上スケールでのＣＣＤ画素分解能をＰと
した時、ウェハステージＰ／ＭずつシフトさせたＭ点で
の測定値を平均する事により、少ない計測回数で、精度
よくリニアリティーエラーを低減することが可能とな
る。
【００１４】あるいは、複数のウェハマークを使用して
計測する場合に、ウェハマークのピッチをＷｐ、マーク
本数をＭ（Ｍは２の倍数）とすると、 Ｗｐ＝Ｐ×Ｎ＋Ｐ／Ｍ（但し、Ｎは整数） と配置したウェハマークを計測することにより、精度よ
くリニアリティーエラーを低減することが可能となる。
計測する場合に、ウェハマークのピッチをＷｐ、マーク
本数をＭ（Ｍは２の倍数）とすると、 Ｗｐ＝Ｐ×Ｎ＋Ｐ／Ｍ（但し、Ｎは整数） と配置したウェハマークを計測することにより、精度よ
くリニアリティーエラーを低減することが可能となる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１６】（第１の実施例）図１は本発明の位置合わ
せ装置を好適に実施する露光装置の一例を示す概略構成
図である。図２はウェハ上に形成された位置合わせ用マ
ーク（以下、「ウェハマーク」という）を示す図であ
る。
せ装置を好適に実施する露光装置の一例を示す概略構成
図である。図２はウェハ上に形成された位置合わせ用マ
ーク（以下、「ウェハマーク」という）を示す図であ
る。
【００１７】本実施例の露光装置は、図１に示すよう
に、光源となる水銀ランプ２を用いてレクチル３を照明
する照明系１と、ウェハ５にレクチル像を投影する投影
レンズ４とを有し、さらに、ウェハ−５を吸着固定する
ウェハチャック８を有する移動駆動可能なウェハステー
ジ６、ウェハ５上のウェハマークの位置を顕微鏡基準と
して計測して位置ずれ量を算出するためのオフアクシス
顕微鏡７、ウェハステージ６の位置を検出する不図示の
レーザ干渉計、および上記各構成を演算制御するための
不図示の演算制御手段から少なくとも構成された位置計
測装置および位置合わせ装置を備えている。なお。ウェ
ハ上には図２に示すようなウェハマークが形成されてい
る。
に、光源となる水銀ランプ２を用いてレクチル３を照明
する照明系１と、ウェハ５にレクチル像を投影する投影
レンズ４とを有し、さらに、ウェハ−５を吸着固定する
ウェハチャック８を有する移動駆動可能なウェハステー
ジ６、ウェハ５上のウェハマークの位置を顕微鏡基準と
して計測して位置ずれ量を算出するためのオフアクシス
顕微鏡７、ウェハステージ６の位置を検出する不図示の
レーザ干渉計、および上記各構成を演算制御するための
不図示の演算制御手段から少なくとも構成された位置計
測装置および位置合わせ装置を備えている。なお。ウェ
ハ上には図２に示すようなウェハマークが形成されてい
る。
【００１８】感光材が塗布されたウェハ５は不図示のウ
ェハ搬送系によりウェハチャック８上に搬入される。ウ
ェハチャック８に吸着固定されたウェハ５は、ウェハス
テージ６によりウェハマークがオフアクシス顕微鏡７の
観察視野内に入るように送り込まれる。そして、ウェハ
ステージ６をステップさせウェハ５上の複数のウェハマ
ークをオフアクシス顕微鏡７により測定すると共に、各
ウェハマークを測定している時の、ウェハステージ６の
座標、および顕微鏡基準に対するウェハマークの位置ず
れ量とから、移動すべきウェハの位置を統計的に決定す
る。これに基づく所定量でウェハステージ６が駆動さ
れ、レチクル３の投影像とウェハパターンの位置合わせ
が行なわれる。
ェハ搬送系によりウェハチャック８上に搬入される。ウ
ェハチャック８に吸着固定されたウェハ５は、ウェハス
テージ６によりウェハマークがオフアクシス顕微鏡７の
観察視野内に入るように送り込まれる。そして、ウェハ
ステージ６をステップさせウェハ５上の複数のウェハマ
ークをオフアクシス顕微鏡７により測定すると共に、各
ウェハマークを測定している時の、ウェハステージ６の
座標、および顕微鏡基準に対するウェハマークの位置ず
れ量とから、移動すべきウェハの位置を統計的に決定す
る。これに基づく所定量でウェハステージ６が駆動さ
れ、レチクル３の投影像とウェハパターンの位置合わせ
が行なわれる。
【００１９】オフアクシス顕微鏡７は、対物レンズ７
１、リレーレンズ７２、エレクターレンズ７３、固体撮
像素子であるＣＣＤ７４、落射照明系７５により構成さ
れ、照明系７５により照明された被測定物であるウェハ
のウェハマークは、対物レンズ７１、リレーレンズ７
２、エレクターレンズ７３を通ってＣＣＤ７４上に結像
される。
１、リレーレンズ７２、エレクターレンズ７３、固体撮
像素子であるＣＣＤ７４、落射照明系７５により構成さ
れ、照明系７５により照明された被測定物であるウェハ
のウェハマークは、対物レンズ７１、リレーレンズ７
２、エレクターレンズ７３を通ってＣＣＤ７４上に結像
される。
【００２０】図３にウェハマークの光学像とＣＣＤとの
関係を摸式的に示す。図４はその時の拡大図でウェハマ
ークの光学的な信号波形とＣＣＤとの関係を示す。
関係を摸式的に示す。図４はその時の拡大図でウェハマ
ークの光学的な信号波形とＣＣＤとの関係を示す。
【００２１】図４（Ａ）に示すように、光学的な信号波
形に対してＣＣＤの画素が対称に配置されている場合
は、ＣＣＤ計測値から推定される信号波形と近似形とな
り計測誤差は発生しない。ところが、図４（Ｂ）に示す
ように、光学的な信号波形に対してＣＣＤの画素が対称
に配置されない場合には、ＣＣＤの計測値から推定され
る信号波形は、光学的な波形に対して異なる形状とな
り、計測誤差が発生する。図５は、ウェハステージによ
りウェハマークを移動させたときの、マーク移動量とウ
ェハマーク計測値との関係を示す。
形に対してＣＣＤの画素が対称に配置されている場合
は、ＣＣＤ計測値から推定される信号波形と近似形とな
り計測誤差は発生しない。ところが、図４（Ｂ）に示す
ように、光学的な信号波形に対してＣＣＤの画素が対称
に配置されない場合には、ＣＣＤの計測値から推定され
る信号波形は、光学的な波形に対して異なる形状とな
り、計測誤差が発生する。図５は、ウェハステージによ
りウェハマークを移動させたときの、マーク移動量とウ
ェハマーク計測値との関係を示す。
【００２２】計測誤差がなければ計測値は直線上に乗る
が、上記理由による計測誤差が発生し、画素ピッチ周期
で計測値が変動する。これをリニアリティエラーとす
る。図６（Ａ）は図５からリニア成分を除き１画素分を
拡大して表示したものである。図６（Ａ）に示すリニア
リティエラーがある場合に、１回目はステージ上の任意
の位置でウェハマーク計測を行い、２回目は画素ピッチ
Ｐの１／２でウェハをステップ駆動しウェハマーク計測
を行い、１回目２回目の平均値を計算する。このとき
の、ステージ座標位置と、ウェハマーク計測の平均値の
リニアリティエラーとの関係を図６（Ｂ）に示す。ま
た、図６（Ｃ）は、ウェハのステップ量を画素ピッチの
１／４とし、各位置でウェハマーク計測を行い、それを
計４回繰返し、４回のウェハマークの計測の平均値を計
算し、ステージ座標位置と、ウェハマーク計測の平均値
のリニアリティエラーとの関係を示している。
が、上記理由による計測誤差が発生し、画素ピッチ周期
で計測値が変動する。これをリニアリティエラーとす
る。図６（Ａ）は図５からリニア成分を除き１画素分を
拡大して表示したものである。図６（Ａ）に示すリニア
リティエラーがある場合に、１回目はステージ上の任意
の位置でウェハマーク計測を行い、２回目は画素ピッチ
Ｐの１／２でウェハをステップ駆動しウェハマーク計測
を行い、１回目２回目の平均値を計算する。このとき
の、ステージ座標位置と、ウェハマーク計測の平均値の
リニアリティエラーとの関係を図６（Ｂ）に示す。ま
た、図６（Ｃ）は、ウェハのステップ量を画素ピッチの
１／４とし、各位置でウェハマーク計測を行い、それを
計４回繰返し、４回のウェハマークの計測の平均値を計
算し、ステージ座標位置と、ウェハマーク計測の平均値
のリニアリティエラーとの関係を示している。
【００２３】ランダムな２点あるいは４点の計測値を平
均した場合には、リニアリティエラーのピーク値は統計
的に考えると、１点のデータに対して、１／√２あるい
は１／√４＝１／２に低減する。図６に示すような、本
発明の方法を使うことにより、２点での平均値を使用し
た場合には約１／３に、４点での平均値を使用したとき
には約１／１０と効率よく計測誤差を低減させることが
可能となった。
均した場合には、リニアリティエラーのピーク値は統計
的に考えると、１点のデータに対して、１／√２あるい
は１／√４＝１／２に低減する。図６に示すような、本
発明の方法を使うことにより、２点での平均値を使用し
た場合には約１／３に、４点での平均値を使用したとき
には約１／１０と効率よく計測誤差を低減させることが
可能となった。
【００２４】上述したように画素ピッチをＰ、計測値の
平均回数をＭとしたとき、ステージの駆動量をＰ／Ｍと
したが、ステージ駆動量を画素ピッチの整数倍にＰ／Ｍ
を加えた量、即ち、 Ｐ×Ｎ＋Ｐ／Ｍ（Ｎは整数） ずつ駆動して計測しても当然同様の結果が得られる。
平均回数をＭとしたとき、ステージの駆動量をＰ／Ｍと
したが、ステージ駆動量を画素ピッチの整数倍にＰ／Ｍ
を加えた量、即ち、 Ｐ×Ｎ＋Ｐ／Ｍ（Ｎは整数） ずつ駆動して計測しても当然同様の結果が得られる。
【００２５】さらに、上記実施例中、ウェハマークとオ
フアクシス顕微鏡との組合せを例に取って示したが、レ
クチルマークや基準マーク等をＴＴＬ顕微鏡やレクチル
顕微鏡などマークを像としてとらえ、位置を計測する顕
微鏡について本発明の手法を適用できる。
フアクシス顕微鏡との組合せを例に取って示したが、レ
クチルマークや基準マーク等をＴＴＬ顕微鏡やレクチル
顕微鏡などマークを像としてとらえ、位置を計測する顕
微鏡について本発明の手法を適用できる。
【００２６】マークを駆動させて計測する手法を示した
が、逆にマークを固定した状態で顕微鏡を動かす等、マ
ーク像と画素との関係を相対移動させながら計測するこ
とにより同様の効果が期待できる。
が、逆にマークを固定した状態で顕微鏡を動かす等、マ
ーク像と画素との関係を相対移動させながら計測するこ
とにより同様の効果が期待できる。
【００２７】（第２の実施例）ここでは、本発明の露光
装置によるベースライン計測手法について説明する。ベ
ースラインとは、投影光軸から顕微鏡基準までの距離の
ことである。通常、レクチル投影像に対してウェハの位
置合わせを行う際、ウェハマークを顕微鏡基準で計測し
て、そのずれ量に予め計測しておいたベースラインの量
を加算してレンズ下に送り込むことで位置合わせを行う
ことができる。しかし、ベースライン計測誤差がある
と、全てウェハで計測誤差分シフトが加算されてしま
う。そのため、ウェハ計測以上にベースライン計測精度
を高くする必要があり、多少時間がかかったとしても、
より正確に計測する必要がある。
装置によるベースライン計測手法について説明する。ベ
ースラインとは、投影光軸から顕微鏡基準までの距離の
ことである。通常、レクチル投影像に対してウェハの位
置合わせを行う際、ウェハマークを顕微鏡基準で計測し
て、そのずれ量に予め計測しておいたベースラインの量
を加算してレンズ下に送り込むことで位置合わせを行う
ことができる。しかし、ベースライン計測誤差がある
と、全てウェハで計測誤差分シフトが加算されてしま
う。そのため、ウェハ計測以上にベースライン計測精度
を高くする必要があり、多少時間がかかったとしても、
より正確に計測する必要がある。
【００２８】図１において、ウェハ５上のウェハマーク
を投影レンズ４の下に送り込み、ＴＴＬ顕微鏡９でレク
チル３上のレクチルマークとウェハ５上のウェハマーク
との位置ずれ量Ｄttlを計測し、同時にウェハステージ
６のポジションＰttlを計測する。続いて、ウェハステ
ージ６を移動して、上記ウェハマークをオフアクシス顕
微鏡下に送り込みオフアクシス顕微鏡基準に対するウェ
ハマーク位置ずれ量Ｄoaを計測し、同時にステージポジ
ションＰoaを計測する。この時のベースライン計測値Ｌ
baseは、 Ｌbase＝（Ｐttl−Ｄttl）−（Ｐoa−Ｄoa） で求められる。
を投影レンズ４の下に送り込み、ＴＴＬ顕微鏡９でレク
チル３上のレクチルマークとウェハ５上のウェハマーク
との位置ずれ量Ｄttlを計測し、同時にウェハステージ
６のポジションＰttlを計測する。続いて、ウェハステ
ージ６を移動して、上記ウェハマークをオフアクシス顕
微鏡下に送り込みオフアクシス顕微鏡基準に対するウェ
ハマーク位置ずれ量Ｄoaを計測し、同時にステージポジ
ションＰoaを計測する。この時のベースライン計測値Ｌ
baseは、 Ｌbase＝（Ｐttl−Ｄttl）−（Ｐoa−Ｄoa） で求められる。
【００２９】次に、再度投影レンズ下にウェハを送り込
み、ＴＴＬ顕微鏡でレクチルとウェハとのずれ量を計測
する。但し、その時のステージポジションは前回計測し
たステージポジションに対して、Ｓ１シフトさせる。こ
こでシフト量Ｓ１は、ＴＴＬ顕微鏡の画素分解能をＰ
１、計測繰返し回数をＭとした、 Ｓ１＝Ｐ１／Ｍ とする。続いて、オフアクシス顕微鏡下にウェハを送り
込みオフアクシス顕微鏡基準に対するウェハマークの位
置ずれ量を計測する。但し、その時のステージポジショ
ンを前回計測したステージポジションに対して、Ｓ２シ
フトさせる。シフト量Ｓ２は、オフアクシス顕微鏡の画
素分解能をＰ２として、 Ｓ２＝Ｐ２／Ｍ とする。この時のベースライン計測値を求める。
み、ＴＴＬ顕微鏡でレクチルとウェハとのずれ量を計測
する。但し、その時のステージポジションは前回計測し
たステージポジションに対して、Ｓ１シフトさせる。こ
こでシフト量Ｓ１は、ＴＴＬ顕微鏡の画素分解能をＰ
１、計測繰返し回数をＭとした、 Ｓ１＝Ｐ１／Ｍ とする。続いて、オフアクシス顕微鏡下にウェハを送り
込みオフアクシス顕微鏡基準に対するウェハマークの位
置ずれ量を計測する。但し、その時のステージポジショ
ンを前回計測したステージポジションに対して、Ｓ２シ
フトさせる。シフト量Ｓ２は、オフアクシス顕微鏡の画
素分解能をＰ２として、 Ｓ２＝Ｐ２／Ｍ とする。この時のベースライン計測値を求める。
【００３０】これを繰り返し、ベースライン計測値の平
均をベースライン量とする。
均をベースライン量とする。
【００３１】上記手法により、正確なベースライン量を
計測することが可能になり、そのベースライン量を用い
て、ウェハ、レクチル間の位置合わせを行い露光するこ
とにより、レクチルパターンを正確にウェハ上転写する
ことが可能になる。
計測することが可能になり、そのベースライン量を用い
て、ウェハ、レクチル間の位置合わせを行い露光するこ
とにより、レクチルパターンを正確にウェハ上転写する
ことが可能になる。
【００３２】（第３の実施例）レジストパターンをウェ
ハ上に形成して位置ずれ量を求めるアライメントずれ測
定装置を例にとって本発明の計測手法について説明す
る。
ハ上に形成して位置ずれ量を求めるアライメントずれ測
定装置を例にとって本発明の計測手法について説明す
る。
【００３３】図７は、ウェハ上の計測基準パターン（ウ
ェハパターン）にレジストパターンが形成される様子を
示す図、図８は、アライメントずれ測定装置の一例を示
す図である。
ェハパターン）にレジストパターンが形成される様子を
示す図、図８は、アライメントずれ測定装置の一例を示
す図である。
【００３４】図７（Ａ）に示すように、予め計測基準パ
ターン１１が形成され、レジスト１２が塗布されたウェ
ハ１３上に、露光装置によりマスク１６のレクチル像が
ウェハ上１３の計測基準パターン１１に対して位置合わ
せされて投影転写される。そして、ウェハ１３を現像す
ることにより、図７（Ｂ）に示すように、ウェハ１３上
には計測基準パターン１１上に、レジストパターン１２
ａが形成される。
ターン１１が形成され、レジスト１２が塗布されたウェ
ハ１３上に、露光装置によりマスク１６のレクチル像が
ウェハ上１３の計測基準パターン１１に対して位置合わ
せされて投影転写される。そして、ウェハ１３を現像す
ることにより、図７（Ｂ）に示すように、ウェハ１３上
には計測基準パターン１１上に、レジストパターン１２
ａが形成される。
【００３５】このようにレジストパターン１２ａが形成
されたウェハ１３を図８に示すアライメントずれ測定装
置のウェハステージ１４上に搬入し、ウェハステージ１
４によりウェハ１上の計測パターン部が、顕微鏡１５下
に送り込まれる。図７（Ｂ）に示した計測基準パターン
１１及びレジストパターン１２ａは、顕微鏡１５の対物
レンズ１５１、リレーレンズ１５２、エレクターレンズ
１５３を介してＣＣＤ１５４上に拡大投影される。
されたウェハ１３を図８に示すアライメントずれ測定装
置のウェハステージ１４上に搬入し、ウェハステージ１
４によりウェハ１上の計測パターン部が、顕微鏡１５下
に送り込まれる。図７（Ｂ）に示した計測基準パターン
１１及びレジストパターン１２ａは、顕微鏡１５の対物
レンズ１５１、リレーレンズ１５２、エレクターレンズ
１５３を介してＣＣＤ１５４上に拡大投影される。
【００３６】画像処理により各エッジの位置を計測し、
図７（Ｃ）に示すような計測基準パターンの第１のエッ
ジ位置からレジストパターンの第１のエッジ位置までの
距離をＬ１、レジストパターンの第２のエッジ位置から
計測基準パターンの第２のエッジ位置までの距離をＬ２
として（Ｌ１−Ｌ２）／２を計算することで、計測基準
パターン（ウェハパターン）に対するレジストパターン
のアライメントずれ量が計測される。
図７（Ｃ）に示すような計測基準パターンの第１のエッ
ジ位置からレジストパターンの第１のエッジ位置までの
距離をＬ１、レジストパターンの第２のエッジ位置から
計測基準パターンの第２のエッジ位置までの距離をＬ２
として（Ｌ１−Ｌ２）／２を計算することで、計測基準
パターン（ウェハパターン）に対するレジストパターン
のアライメントずれ量が計測される。
【００３７】ここで、画素分解能が十分でない場合に
は、ステージを駆動して画素位置に対するパターン位置
をずらした複数箇所で計測しその平均値を求める。その
時のステージ駆動量Ｗｐは平均回数をＭ、画素分解能を
Ｐとしたとき、 Ｗｐ＝Ｐ×Ｎ±Ｐ／Ｍ とすることにより、少ない平均回数で、高精度にアライ
メントずれ量を計測することが可能になる。
は、ステージを駆動して画素位置に対するパターン位置
をずらした複数箇所で計測しその平均値を求める。その
時のステージ駆動量Ｗｐは平均回数をＭ、画素分解能を
Ｐとしたとき、 Ｗｐ＝Ｐ×Ｎ±Ｐ／Ｍ とすることにより、少ない平均回数で、高精度にアライ
メントずれ量を計測することが可能になる。
【００３８】（第４の実施例）上述した第１乃至第３の
実施例では、１本のウェハマークごとにリニアリティエ
ラー改善のための計測をするように説明したが、複数本
のウェハマークを使用しても同様の効果を出すことがで
きる。すなわち、マークの本数をＭ本（Ｍは２の倍数）
とし、マーク位置換算の画素ピッチをＰとしたとき、ウ
ェハマークのピッチを Ｐ×Ｎ＋Ｐ／Ｍ（Ｎは整数） とすると、リニアリティ改善効果が高いマークが得られ
る。
実施例では、１本のウェハマークごとにリニアリティエ
ラー改善のための計測をするように説明したが、複数本
のウェハマークを使用しても同様の効果を出すことがで
きる。すなわち、マークの本数をＭ本（Ｍは２の倍数）
とし、マーク位置換算の画素ピッチをＰとしたとき、ウ
ェハマークのピッチを Ｐ×Ｎ＋Ｐ／Ｍ（Ｎは整数） とすると、リニアリティ改善効果が高いマークが得られ
る。
【００３９】また逆に、ウェハマークのピッチを固定し
て考えなくてはならない場合には、上記関係式に当ては
まるように、結像倍率を決めることで同様の効果を出す
ことができる。
て考えなくてはならない場合には、上記関係式に当ては
まるように、結像倍率を決めることで同様の効果を出す
ことができる。
【００４０】（他の実施例）次に、上述した本発明の位
置合わせ装置を好適に実施可能な露光装置を利用した、
デバイスの製造方法の実施例を説明する。
置合わせ装置を好適に実施可能な露光装置を利用した、
デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００４１】図９は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造工程を示すフローチャートで
ある。ステップ１７１（回路設計）では、半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ１７２（マスク製作）
では設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。このマスクは反射型マスクである。一方、ステップ
１７３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウ
ェハを製造する。ステップ１７４（ウェハプロセス）は
前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用い
て、リソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路
を形成する。次のステップ１７５（組立）は後工程と呼
ばれ、ステップ１７４によって作製されたウェハを用い
て半導体チップ化する工程であり、アセンブリ工程（ダ
イシング、ボンディング）、パッケージング工程（チッ
プ封入）等の工程を含む。ステップ１７６（検査）では
ステップ１７５で作製された半導体デバイスの動作確認
テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程
を経て半導体デバイスが完成し、出荷（ステップ１７
７）される。
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造工程を示すフローチャートで
ある。ステップ１７１（回路設計）では、半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ１７２（マスク製作）
では設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。このマスクは反射型マスクである。一方、ステップ
１７３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウ
ェハを製造する。ステップ１７４（ウェハプロセス）は
前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用い
て、リソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路
を形成する。次のステップ１７５（組立）は後工程と呼
ばれ、ステップ１７４によって作製されたウェハを用い
て半導体チップ化する工程であり、アセンブリ工程（ダ
イシング、ボンディング）、パッケージング工程（チッ
プ封入）等の工程を含む。ステップ１７６（検査）では
ステップ１７５で作製された半導体デバイスの動作確認
テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程
を経て半導体デバイスが完成し、出荷（ステップ１７
７）される。
【００４２】図１０は、上記ウェハプロセスの詳細な工
程を示すフローチャートである。ステップ１８１（酸
化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１８２
（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステッ
プ１８３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によっ
て形成する。ステップ１８４（イオン打込み）ではウェ
ハにイオンを打ち込む。ステップ１８５（レジスト処
理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１８６
（露光）では、上記説明したマスクと露光装置によって
マスクの回路パターンをウェハを現像する。ステップ１
８８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ１８９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウェハ上
に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方
法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導
体デバイスを製造することができる。
程を示すフローチャートである。ステップ１８１（酸
化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１８２
（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステッ
プ１８３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によっ
て形成する。ステップ１８４（イオン打込み）ではウェ
ハにイオンを打ち込む。ステップ１８５（レジスト処
理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１８６
（露光）では、上記説明したマスクと露光装置によって
マスクの回路パターンをウェハを現像する。ステップ１
８８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ１８９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウェハ上
に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方
法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導
体デバイスを製造することができる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、マークを
有する被測定物が置かれた移動ステージと、固体撮像素
子を有する測定顕微鏡とを相対移動させ、測定顕微鏡の
観察視野内に被測定物のマークを入れ、該マークの像を
測定顕微鏡の固体撮像素子上に投影結像させて、マーク
位置を計測する際、ハード的に変更することなく、単に
顕微鏡の固体撮像素子であるＣＣＤの分解能に依存する
量だけ、マークの位置をずらして平均化する事により、
計測エラーを効率よく低減することが可能になる。
有する被測定物が置かれた移動ステージと、固体撮像素
子を有する測定顕微鏡とを相対移動させ、測定顕微鏡の
観察視野内に被測定物のマークを入れ、該マークの像を
測定顕微鏡の固体撮像素子上に投影結像させて、マーク
位置を計測する際、ハード的に変更することなく、単に
顕微鏡の固体撮像素子であるＣＣＤの分解能に依存する
量だけ、マークの位置をずらして平均化する事により、
計測エラーを効率よく低減することが可能になる。
【図１】本発明の位置合わせ装置を好適に実施する露光
装置の一例を示す概略構成図である。
装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】ウェハ上に形成された位置合わせ用マークを示
す図である。
す図である。
【図３】ウェハマークの光学像とＣＣＤとの関係を摸式
的に示す図である。
的に示す図である。
【図４】ウェハマークの光学的な信号波形とＣＣＤとの
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図５】ウェハステージによりウェハマークを移動させ
たときの、マーク移動量とウェハマーク計測値との関係
を示す図である。
たときの、マーク移動量とウェハマーク計測値との関係
を示す図である。
【図６】図５からリニア成分を除き１画素分を拡大して
表示したもので、ステージ座標位置とウェハマーク計測
の平均値のリニアリティエラーとの関係を示す図であ
る。
表示したもので、ステージ座標位置とウェハマーク計測
の平均値のリニアリティエラーとの関係を示す図であ
る。
【図７】ウェハ上の計測基準パターン（ウェハパター
ン）にレジストパターンが形成される様子を示す図であ
る。
ン）にレジストパターンが形成される様子を示す図であ
る。
【図８】アライメントずれ測定装置の一例を示す図であ
る。
る。
【図９】微小デバイスの製造工程を示すフローチャート
である。
である。
【図１０】図９に示したウェハプロセスの詳細な工程を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
１ 照明系 ２ 水銀ランプ ３ レチクル ４ 投影レンズ ５ ウェハ ６ ウェハステージ ７ オフアクシス顕微鏡 ８ ウェハチャック ９ ＴＴＬ顕微鏡 １１ 計測基準パターン １２ レジスト １２ａ レジストパターン １３ ウェハ １４ ウェハステージ １５ 顕微鏡 ７１，１５１ 対物レンズ ７２，１５２ リレーレンズ ７３，１５３ エレクターレンズ ７４，１５４ ＣＣＤ ７５ 落射照明系
Claims (4)
- 【請求項１】 マークを有する被測定物を保持する移動
ステージと、固体撮像素子を有する測定顕微鏡とを相対
移動させ、前記被測定物のマークの像を前記測定顕微鏡
の固体撮像素子上に結像させて、前記マークの位置を計
測する位置計測装置において、 前記固体撮像素子の画像分解能をＰとし、前記移動ステ
ージと前記測定顕微鏡とをＷｐずつ相対移動させて前記
固体撮像素子上に結像されるマークの位置をＭ回計測
し、それらの計測値を演算して前記マークの位置を算出
するとき、前記移動ステージと前記測定顕微鏡の相対移
動量Ｗｐは、Ｎを整数として、 Ｗｐ＝Ｐ×Ｎ±Ｐ／Ｍ を満たすことを特徴とする位置計測装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の位置計測装置により算
出された前記マークの位置に基づいて、前記被測定物の
位置合わせを行う位置合わせ装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の位置合わせ装置によ
り、レチクルとウェハとの相対的な位置合わせを行い、
レチクルパターンをウェハ上に露光転写する露光装置。 - 【請求項４】 表面に感光剤が塗布されたウェハ上にレ
チクルパターンを露光する工程を有するデバイスの製造
方法において、 前記露光時に、請求項３に記載の露光装置を用いたこと
を特徴とするデバイスの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26521894A JP3315540B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 位置計測装置、位置合わせ装置、露光装置およびデバイスの製造方法 |
| US08/547,796 US5745242A (en) | 1994-10-28 | 1995-10-25 | Position detecting system and exposure apparatus having the same |
| KR1019950037849A KR0185454B1 (ko) | 1994-10-28 | 1995-10-28 | 위치검출장치 및 그것을 구비한 노광장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26521894A JP3315540B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 位置計測装置、位置合わせ装置、露光装置およびデバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122019A JPH08122019A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3315540B2 true JP3315540B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=17414171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26521894A Expired - Fee Related JP3315540B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 位置計測装置、位置合わせ装置、露光装置およびデバイスの製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5745242A (ja) |
| JP (1) | JP3315540B2 (ja) |
| KR (1) | KR0185454B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP3651630B2 (ja) * | 1996-08-05 | 2005-05-25 | 株式会社ニコン | 投影露光方法及び投影露光装置 |
| JP2000021727A (ja) * | 1998-07-01 | 2000-01-21 | Asahi Optical Co Ltd | 半導体回路形成装置 |
| JP3548428B2 (ja) * | 1998-07-03 | 2004-07-28 | キヤノン株式会社 | 位置計測装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
| US6812479B2 (en) * | 2001-06-05 | 2004-11-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Sample positioning method for surface optical diagnostics using video imaging |
| JP4681803B2 (ja) * | 2003-10-02 | 2011-05-11 | キヤノン株式会社 | 信号処理のパラメーターを決定する方法、露光方法、露光装置およびデバイス製造方法 |
| NL2005459A (en) | 2009-12-08 | 2011-06-09 | Asml Netherlands Bv | Inspection method and apparatus, and corresponding lithographic apparatus. |
| US8872911B1 (en) * | 2010-01-05 | 2014-10-28 | Cognex Corporation | Line scan calibration method and apparatus |
| KR101955561B1 (ko) | 2011-03-30 | 2019-03-07 | 마퍼 리쏘그라피 아이피 비.브이. | 노광 툴을 위한 간섭계 모듈의 정렬 |
| WO2012144904A2 (en) | 2011-04-22 | 2012-10-26 | Mapper Lithography Ip B.V. | Position determination in a lithography system using a substrate having a partially reflective position mark |
| TWI571707B (zh) | 2011-04-22 | 2017-02-21 | 瑪波微影Ｉｐ公司 | 用於處理諸如晶圓的標靶的微影系統，用於操作用於處理諸如晶圓的標靶的微影系統的方法，以及使用在此種微影系統的基板 |
| JP5932023B2 (ja) * | 2011-05-13 | 2016-06-08 | マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー．ブイ． | ターゲットの少なくとも一部を処理するためのリソグラフィシステム |
| JP6181189B2 (ja) | 2012-09-27 | 2017-08-16 | マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー．ブイ． | 多軸微分干渉計 |
| JP6422246B2 (ja) | 2014-06-25 | 2018-11-14 | キヤノン株式会社 | 計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4550374A (en) * | 1982-11-15 | 1985-10-29 | Tre Semiconductor Equipment Corporation | High speed alignment method for wafer stepper |
| US5235408A (en) * | 1988-09-05 | 1993-08-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
| US5124562A (en) * | 1989-01-27 | 1992-06-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface position detecting method at a predetermined and plurality of adjacent points |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP26521894A patent/JP3315540B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-10-25 US US08/547,796 patent/US5745242A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-10-28 KR KR1019950037849A patent/KR0185454B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960015097A (ko) | 1996-05-22 |
| US5745242A (en) | 1998-04-28 |
| JPH08122019A (ja) | 1996-05-17 |
| KR0185454B1 (ko) | 1999-04-01 |
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