JP3796363B2 - 位置検出装置及びそれを用いた露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出装置及びそれを用いた露光装置に関するもので、特にＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、そして液晶パネル等の表示デバイス等のデバイス製造用のステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式等の露光装置（投影露光装置）において第１物体としてのレチクル面上に形成された微細な電子回路パターンを第２物体としてのウエハーに露光転写、又は投影光学系で投影露光するときの第１物体と第２物体との相対的な位置合わせ（アライメント）を行うときのウエハーに設けたマークの位置情報を干渉を利用して検出する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体製造用の投影露光装置においては、集積回路の高密度化に伴いレチクル面上の回路パターンをウエハー面上に高い解像力で投影露光できることが要求されている。回路パターンの投影解像力を向上させる方法としては、例えば露光光の波長を固定にして投影光学系のＮＡを大きくする方法や露光波長をｇ線からｉ線へと短波長の光束を用い、又はエキシマレーザーから発振される波長２４８ｎｍ，１９３ｎｍ等の短波長の光、更にＳＯＲ光を用いる方法等が多くとられている。
【０００３】
一方、回路パターンの微細化に伴い電子回路パターンの形成されているレチクルやマスクとウエハーを高精度にアライメントすることが要求されてきている。
【０００４】
この要求精度は、回路パターンの１／３以下と言われており、例えば１ＧビットＤＲＡＭでは、０．１８μｍルールの回路パターンとすると、６０ｎｍ以下のオバーレー精度（露光領域全体のアライメント）が必要である。
【０００５】
更に、このオバーレー精度を測定する重ね合わせ検査装置（位置検出装置）においては、オバーレー精度の１／１０が要求され、１ＧビットＤＲＡＭでは、６ｎｍ以下が必要となる。そこで、より高精度の位置計測の為に、計測誤差発生要因における検出系要因であるＴＩＳ(Tool Induced Shift)の影響を軽減するＴＩＳ補正法も実施されている。
【０００６】
図１０はＴＩＳの説明図である。同図では、位置検出用のパターンを、例としてシリコンウエハーを９１をエッチングにより段差を作り、その段差によるパターン９２とアライメント実施後露光現像したレジスト像パターン９３との相対関係を計測するものである。ＴＩＳ補正法では２回計測を行う。そのとき、２回目は１回目に比べてウエハー９１を１８０度回転して計測する。この為、１回目を０度計測値Δ０度、２回目を１８０度計測値Δ１８０度と呼んでいる。
【０００７】
ＴＩＳ補正法では、０度計測値Δ０度から１８０度計測値Δ１８０度を引いて２で割った値を計測値ΔＴＩＳ補正として使用して、このことで検出系要因の誤差を軽減して高精度計測を可能としている。このとき、０度計測値Δ０度と１８０度計測値Δ１８０度をたして２で割った値をＴＩＳと呼んでいる。
【０００８】
重ね合わせ検査装置やアライメント検出系において、現在実際に使用されている方式のほとんどは、明視野画像処理方式である。図１１は従来の重ね合わせ検査装置（位置検出装置）の要部概略図である。同図ではウエハー上に専用マークを構成し、それの像を光学系でＣＣＤ等の撮像素子上に形成し、その電気信号を各種信号処理を実施することにより位置検出を行っている。
【０００９】
具体的に説明すると、ウエハー１上にマーク２をエッチング等により形成し、そのマーク２の上にリソグラフィーによりマーク３を形成している。この重ね合わせ検査装置では、このマーク２，３の相対位置関係を計測する。ハロゲンランプ５から射出した光束６を光学フィルター５ａ，レンズ５ｂ，ミラー５ｃを介してファイバー７に導光する。ファイバー７からの光束を照明系８を介し、Ｓ偏光の光を偏光ビームスプリッター９で反射させ、リレー１２，ミラー４，λ／４板１０，対物レンズ１１を介してウエハー１上の２つのマーク２，３を照明する。照明系８はファイバー７からの光束を集光するレンズ８ａ，絞り８ｂ、絞り８ｂからの光束を集光するレンズ８ｃ、そしてミラー８ｄとを有している。
【００１０】
２つのマーク２，３からの反射光は、照明したときとは逆光路を通り、対物レンズ１１，λ／４板１０，ミラー４，リレー１２を介し今度は偏光方向がＰ偏光となっているので偏光ビームスプリッター９を透過し、λ／４板２１を介してエレクター１３によりＣＣＤカメラ１４の撮像面上に導光させ、その面上に２つのマーク２，３を形成している。２つのマーク２，３の像はＣＣＤカメラ１４により電気信号とされ、その信号はコンピュータ（演算手段）１５に入力している。コンピュータ１５でその信号を画像解析して２つのマーク２，３の相対位置関係を検出している。
【００１１】
この光学系において最も必要とされる結像性能は、像（マーク像）の対称性である。光学系に像の対称性を劣化させるものがある場合に、ＴＩＳが存在することになる。
【００１２】
この種の検出系においては、倍率を１００倍程度の高い倍率とし、ほとんど軸上近傍で使用している。従って、像の対称性の劣化要因の主要因は軸外収差等ではなく、光学系の軸上近傍の偏心コマ収差と照明系の不均一性によるものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの高集積化に伴って、回路パターンの微細化とともにデバイス構造の３次元化が進んでいる。半導体デバイスの高集積化を図る為に投影光学系の開口数を大きくするとそれに伴って投影光学系の焦点深度が浅くなってくる。このため、半導体デバイスの表面を研磨して段差部や凹凸部を取り除いて表面を平坦化し、平坦化した表面上へフォトレジストを塗布して、投影露光して高解像化を図ることが重要になっている。
【００１４】
又、シリコン基板上に設ける絶縁膜層を研磨して、均一な厚さの膜層にすることは層間容量のばらつきや、ビアホールの深さを一定とする為の重要な要件となっている。
【００１５】
従来より、半導体デバイスの表面の段差部や凹凸部を除去して平坦化する平坦化技術として化学的機械的研磨方法(Chemical Mechanical Polishing, ＣＭＰ) が提案されている。
【００１６】
この平坦化技術は、アライメントや重ね合わせ検査装置には大きな問題となっている。それは検出に使用するマークも平坦化により段差量がなくなり、例えば今最も多く、且つ精度良く使用されている明視野画像処理においては、計測に使用するマーク像のコントラストが低くなり、検出精度の劣化原因となっている。
【００１７】
この対策として位相差検出方式も提案されているが、光学系内に位相板を入れて構成することになるので、前述のＴＩＳの発生要因となり、コントラストは上がっても精度を出すことが困難となっている。特に、普通の明視野系と共存する為には、光学系内に位相板を出し入れしなければならないので、大きなＴＩＳの発生要因となる。
【００１８】
本発明は、位相差検出方式と同様に、コントラストの向上を図りつつＴＩＳの発生要因が少なく、ＣＭＰ等の低段差のプロセスにおいても位置検出用のマークを安定して高い精度で検出することができ、レチクル面上のパターンをウエハー面上に高精度に露光転写することができる位置検出装置及びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の位置検出装置は、コヒーレント光を放射する光源手段と該光源手段からのコヒーレント光をインコヒーレント光とするインコヒーレント化手段と、該インコヒーレント光で物体面上のマークを照明し、前記インコヒーレント光の一部で前記物体面上のマークと光学的に共役な面を照明し、前記マークからの反射光と前記マークと光学的に共役な面からの反射光とを、撮像手段上で重ねて干渉像を形成する光学系と、該撮像手段で得られる信号を用いて、該物体面上のマークの位置情報を得る演算手段とを有していることを特徴としている。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記インコヒーレント光のうち前記マークに向かう光束が通過する光学系と、前記マークと光学的に共役な面に向かう光束が通過する光学系とが互いに異なることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記インコヒーレント化手段は、光路中に設けた回転可能な拡散板を有していることを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の発明において、前記光学系は、前記光源手段からのコヒーレント光を前記インコヒーレント化手段でインコヒーレント光とし、該インコヒーレント光を複数の光束に分割する偏光ビームスプリッターを有し、偏光ビームスプリッターで分割した一方の光束を前記物体面上に導光し、他方の光束を該物体面と光学的な共役面に導光していることを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、前記物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなるフォーカス位置における該マークの像に基づく信号を前記撮像手段は検出していることを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の発明において、前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、前記物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなるフォーカス位置における該マークの第１像と、該物体を光学系の光軸方向に更に駆動させたとき、該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなり、かつ該第１像に基づく反射率の差の符号と逆転するフォーカス位置における該マークの第２像との差分の画像信号を前記演算手段は利用していることを特徴としている。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項の発明において、前記光源手段は複数の光源を有しており、前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、該物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき、該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなる光束を放射する光源を選択して使用していることを特徴としている。
【００２１】
請求項８の発明の露光装置は、請求項１〜７いずれかに記載の位置検出装置を有しており、前記位置検出装置を用いて前記物体の位置を検出し、前記検出結果を用いてパターンの露光転写を行うことを特徴としている。
請求項９の発明の露光装置は、請求項１〜７のいずれか１項記載の位置検出装置を用いて前記物体と別の物体との相対的な位置合わせを行った後に、前記物体面上のパターンを前記別の物体面上に露光転写していることを特徴としている。
【００２２】
請求項１０の発明のデバイスの製造方法は、請求項１〜７のいずれか１項記載の位置検出装置を用いてレチクルとウエハーとの相対的な位置合わせを行った後に該レチクル面上のパターンをウエハー面上に露光転写した後に、該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
請求項１１の発明のデバイスの製造方法は、請求項８又は９の露光装置を用いてレチクルとウエハーとの相対的な位置合わせを行った後に該レチクル面上のパターンをウエハー面上に露光した後に、該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。同図は半導体素子（デバイス）製造用の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の投影露光装置に搭載された重ね合わせ検査装置（位置検出装置）を示している。該位置検出装置はＨｅ−Ｎｅレーザー（光源）３１からの発振光である波長６３３ｎｍのようにウエハー１上に塗布されたホトレジストを感光させない光（非露光光）で後述するように各要素を介した後にウエハー１上の立体形状の２つのアライメントマーク（マーク）２，３を照明している。
【００２５】
そして該アライメント２，３からの光束を後述するように各要素を介してＣＣＤカメラ１４に導光して、ＣＣＤカメラ１４によってアライメントマーク２，３の位置情報を観察しその位置を検出している。
【００２６】
本実施形態では、投影露光装置の照明系（不図示）を構成する光源からの光、例えば超高圧水銀ランプから発光するｇ線やｉ線、又はエキシマレーザーからの発振波長の露光光で回路パターンが形成されているレチクル（第１物体：不図示）を照明している。そして、投影光学系（不図示）はレチクル面上の回路パターンをウエハー（第２物体）１面上に、例えば１／５、又は１／１０に縮小投影している。
【００２７】
ウエハー１はウエハーチャック（不図示）上に置かれている。ウエハーチャックはθ−Ｚステージ（駆動手段：不図示）上に構成され、ウエハー１をチャック表面に吸着することにより、各種振動に対してウエハー１の位置がずれないようにしている。θ−Ｚステージはチルトステージ（不図示）の上に構成され、ウエハー１をフォーカス方向（光学系の光軸方向）に上下動かすことを可能としている。
【００２８】
図１に示す位置検出装置では、シリコンエッチングウエハー（ウエハー）１の上にエッチングパターンマーク（マーク）２を（リソグラフィー、現像、エッチング等により）形成し、そのエッチングパターンマーク２の上に（リソグラフィー、現像により）レジストパターンマーク（マーク）３を形成している。同図においては、この２つのマーク２，３の相対位置関係を計測している。
【００２９】
本実施形態では、ウエハー上のマークを光学系により光電変換素子上に結像させ、そのビデオ信号からウエハーの位置を計測する計測系において、光源にコヒーレント光を使用し、光源とファイバーの間に回転拡散板を配置してインコヒーレント化した光で、ウエハー上のマークを照明し、その照明光の一部をウエハー上のマークと光学的な共役面で反射させ、ウエハー上のマークからの反射光と再度合わせて光電変換素子上に結像させ像とし、実際に計測に使用する画像としてウエハー上のマークの外側と内側の反射率の差が最も大きくなるフォーカスでの画像から、同じく反射率の差が最も大きくなるが、前とは逆の符号となるフォーカスでの画像を引いた画像を使用し、ウエハーの段差変化に対しては、コントラストが最も大きくなる光源を使用する構成とした検出系を用いている。
【００３０】
次に本実施形態における重ね合わせ検査方法（マーク位置検出方法）について説明する。
【００３１】
３１は光源（光源手段）であり、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーから成り、コヒーレント光を放射している。３２は回転拡散板であり、光源３１からのレーザー光（コヒーレント光）をインコヒーレント光としている。回転拡散板３２は後述するＣＣＤカメラ１４でマーク像として取り込む時間内に、ウエハー１面上に形成されるスペックルを移動させて平均化している。３３は集光レンズであり、回転拡散板３２を介したインコヒーレント光（光束）を集光し、ミラー６で反射させてファイバー７に入射させている。ファイバー７から放射した光束は照明系８で集光して、偏光ビームスプリッター９でＳ偏光を反射させ、点Ｐ２に結像させた後に順に、リレー光学系１２，ミラー４，λ／４板１０，対物レンズ（投影光学系）１１を介してウエハー１面上の２つのマーク２，３を照明している。照明系８はレンズ８ａ，絞り８ｂ，集光レンズ８ｃ、そしてミラー８ｄを有している。尚、絞り８ｂと点Ｐ２は共役となっている。
【００３２】
ウエハー１上の２つのマーク２，３からの反射光は元の光路を逆戻りして、順に、対物レンズ１１，λ／４板１０，ミラー４，リレー光学系１２を介し、点Ｐ２に結像した後に偏光ビームスプリッター９に入射する。このとき偏光ビームスプリッター９に入射する光束はＰ偏光となっているので、偏光ビームスプリッター９を通過し、λ／４板２１を通過してエレクター１３によってＣＣＤカメラ１４の撮像面上に導光し、その面上に２つのマーク２，３の像（マーク像）を形成している。
【００３３】
次にＣＣＤカメラ１４の撮像面上でマーク２，３の像を干渉像とする為の参照光について説明する。
【００３４】
光源３１からの光束で照明系８からの光束のうち偏光ビームスプリッター９を通過したＰ偏光は、λ／４板２２により円偏光とし、鏡２３で反射している。このとき、鏡２３の位置は、観察するウエハー１と光学的な共役面に配置している。反射した光は再度λ／４板２２を通過しＳ偏光となり、偏光ビームスプリッター９に入射する。Ｓ偏光となった光は偏光ビームスプリッター９で反射し、λ／４板２１を透過し、エレクター１３によりＣＣＤカメラ１４の撮像面上に参照光として入射している。ＣＣＤカメラ１４の撮像面上では、前述のウエハー１のマーク２，３からの反射像と参照光が重なり、その面上に干渉像が形成される。
【００３５】
２つのマーク２，３に関する像は、ＣＣＤカメラ１４により光電変換され、その信号は回線を通じてコンピュータ（演算手段）１５に入力している。コンピュータ１５でその信号を画像処理して、２つのマーク２，３の相対位置関係を検出している。
【００３６】
本実施形態は以上のようにしてマーク２，３に関する干渉像を得ている。これにより、従来の明視野照明のみで得た像よりコントラストが向上した像を得ている。更に本実施形態では、２つのフォーカスの干渉像の差分を取ることで、更にコントラストを２倍にした像を得ている。
【００３７】
この２つのフォーカスは、図２〜図４に示すようにアライメントマーク（図１のマーク２の上面２ａに相当）４１とマーク４１の外側のマーク（図１のマーク２の下面２ｂに相当）４２のＣＣＤカメラ１４からの出力の差（＝像の強度の差）が最も大きくなって、符号が逆となるフォーカス位置としている。これはウエハー１を光学系の光軸方向に駆動したときにマーク４１，４２からの反射光の強度変化に基づいて得られる。
【００３８】
例えば、アライメントマーク４１の段差が照明波長λ（Ｈｅ−Ｎｅ ＬＡＳＥＲなら６３３ｎｍ）の４分の１のλ／４だったとする。するとマーク４１の外側のマーク４２と参照光の光路長差が照明波長λの整数倍の干渉の明るい条件にフォーカスを変えて設定すると、マーク４１の外側のマーク４２の干渉像は、最も強度が強くなる。
【００３９】
一方、アライメントマーク４１については段差がλ／４なので、逆に最も弱い強度となる（参照光の反射強度とウエハーからの反射強度が等しければ、干渉縞のビジビリティーが高くなり、完全に強度は無くなってしまう）。この結果、図２に示すようなパターン（第１像）となる。
【００４０】
次にフォーカスを前のフォーカスからλ／４だけ変えると、今度は図３に示すようにマーク４１の外側のマーク４２と参照光の光路長差が、照明波長λの整数倍にλ／４たした干渉の暗い条件になり、マーク４１の外側マーク４２の干渉像は、最も強度が弱くなる。一方、アライメントマーク４１については、段差がλ／４なので、逆に最も強い強度となる。この結果、図３に示すようなパターン（第２像）となる。
【００４１】
この２つの像の差分を取ることで、図４に示すように１つフォーカスの干渉像の２倍のコントラストを持つ像４３を得ることが可能となる。尚、参照光を必要としない明視野照明で使用したい場合には、図１におけるシャッター２４を挿入し、又はλ／４板２２と鏡２３を除去すれば良い。
【００４２】
次に図５，図６に示す干渉顕微鏡方式を用いて本発明の構成との差を説明する。
【００４３】
図５はリニーク干渉顕微鏡方式、図６はミロー干渉顕微鏡方式を用いた一部分の説明図である。これらの方式の説明の文献は、岩波出版、久保田 広著、波動光学414,415 頁に記載されており、図５，図６もそこからの引用である。
【００４４】
図５に示すリニーク干渉顕微鏡方式は、対物と同じものを参照光に使用して軸外での設計上の収差をキャンセルしている。一方、図６に示すミロー干渉顕微鏡方式は、対物と観察物体との間にハーフミラーを配置して参照光として、ハーフミラーによって反射した光を使用している。
【００４５】
図５に示すリニーク干渉顕微鏡方式が対物レンズＬ１と同じ対物レンズＬ２を参照光に使用しているが、本発明では対物と同じものを使用せずに、鏡２３に中間像を作成してその反射光を参照光と使用している。共通光学系でない対物−リレー間の光学系に球面収差やコマ収差等と言う前述のＴＩＳがあると、干渉像がワンカラーからずれてしまい、きれいな干渉像を得ることができない。
【００４６】
しかしながら本発明においては、明視野系で前述のようにＴＩＳを取りきることが必要条件であるので、その為、中間像からの参照光を使用してもきれいな干渉像を得ることが可能となる。
【００４７】
尚、インコヒーレント化することと干渉像との関係は、実際にＣＣＤカメラ１４で得られる干渉縞はスペックルなしで観察することが実験で確認済である。これは、干渉縞は光学的な共役面同士（鏡２３とウエハー１）の干渉ででき、光学的な共役面同士の一点一点同士の光路長で干渉条件で干渉縞ができ、その縞に対して前述の回転拡散板３２でスペックルを移動させることで平均化しているのである。
【００４８】
図７は本発明の実施形態２の要部概略図である。同図において図１で示した要素と同一要素には同符号を付している。本実施形態は発振波長の異なるレーザーを３個用いている。
【００４９】
本実施形態では、検出するマーク２，３の段差量が変わっても、レーザーを選択して使用することで高コントラスト信号を得ようとするものである。例えばマーク２，３の段差量が照明波長の整数倍に半波長分たした場合を考えると、干渉像は、アライメントマーク３とマーク３の外側のマーク２との干渉条件が同一となり、信号コントラストは低いものとなってしまいます。
【００５０】
数値例で示すと、照明光の波長を６３３ｎｍとすると、段差量をその１．５倍分の９５０ｎｍとする。このときが上記の条件である。そこで、例えば発振波長７８５ｎｍのレーザーを照明光に使用すると、９５０ｎｍの段差量は１．２１λ(950=785+165=785+0.21 ×785)となり、高コントラストな干渉像を形成することが可能となる。
【００５１】
図７のように、異なるレーザーを３個構成しなければならないわけではなく、２個構成するだけで十分効果はあるが、複雑な半導体プロセスを考慮して、できるだけ多くの光源を構成した方が良いので、ここでは３個とした。
【００５２】
又、本発明ではこれまで低段差で従来の明視野検出系での画像コントラストが低い場合についての高コントラスト化に適用したことについて説明を行ってきた。本発明の構成は、これに限定されずに、例えば立体形状のマーク計測に応用しても同様に効果を発揮する。
【００５３】
図１のように、光源にＨｅ- Ｎｅ ＬＡＳＥＲ３１とハロゲンランプ５を用意して切り替えて使用できる構成としている。光源にＨｅ- Ｎｅ ＬＡＳＥＲ３１を使用する場合に、４フォーカスの画像（λ／４ずつフォーカス量を変えたときに得られる画像）を使用して立体形状計測を行う、所謂縞走査法に使用することができる。
【００５４】
一方、ハロゲンランプ５を使用すると白色干渉となり可干渉距離が短くなり、それを使用したコヒーレンスプローブ法と言う立体形状計測が可能となる。この立体形状検出法法のうち縞走査法に関しては、コロナ社、光計測のニーズとシーズ、228 頁に記載されている。又、コヒーレンスプローブ法に関しては、学際企画、新しい光学顕微鏡、第一巻レーザ顕微鏡の理論と実際の82頁に記載されているので詳細は省略する。
【００５５】
次に上記説明した位置検出装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００５６】
図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローチャートである。
【００５７】
本実施例においてステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（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。
【００５８】
一方、ステップ３（ウエハー製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハーを製造する。ステップ４（ウエハープロセス）は前行程と呼ばれ、前記用意したマスクとウエハーを用いてリソグラフィ技術によってウエハー上に実際の回路を形成する。
【００５９】
次のステップ５（組立）は後行程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハーを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（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。
【００６０】
ステップ６（検査）ではステップ５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、これが出荷（ステップ７）される。
【００６１】
図９は上記ステップ４のウエハープロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハーの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハー表面に絶縁膜を形成する。
【００６２】
ステップ１３（電極形成）ではウエハー上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハーにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハーに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハーに焼付露光する。
【００６３】
ステップ１７（現像）では露光したウエハーを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（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エハー上に多重に回路パターンが形成される。
【００６４】
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。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、位相差検出方式と同様に、コントラストの向上を図りつつＴＩＳの発生要因が少なく、ＣＭＰ等の低段差のプロセスにおいても位置検出用のマークを安定して高い精度で検出することができ、レチクル面上のパターンをウエハー面上に高精度に露光転写することができる位置検出装置及びそれを用いた露光装置を達成することができる。
【００６６】
この他本発明によれば、新たな干渉顕微鏡方式を従来の明視野照明と併設することが可能となり、ＣＭＰプロセス等の低段差のマークも高コントラスト化することで、高精度の位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 干渉像でマークの外側が明るい条件のフォーカスの場合を示す図
【図３】 干渉像でマークの外側が暗い条件のフォーカスの場合を示す図
【図４】 干渉像でマークの外側が明るい、暗い条件での信号とその差分の信号を示す図
【図５】 従来のリニーク干渉顕微鏡方式の原理を示す図
【図６】 従来のミロー干渉顕微鏡方式の原理を示す図
【図７】 本発明の実施形態２の要部概略図
【図８】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図９】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１０】 従来の重ね合わせ検査装置の光学系を示す図
【図１１】 ＴＩＳ補正法を示す図
【符号の説明】
１ ウエハー
２ 重ね合わせ用マーク（シリコンエッチングウエハー）
３ 重ね合わせ用マーク（レジストパターン）
４ ミラー
５ 光源（例えばハロゲンランプ）
６ 使用する照明波長
７ ファイバー
８ 照明光学系
９ 偏光ビームスプリッター
１０ λ／４板
１１ 対物レンズ
１２ リレーレンズ
１３ エレクター
１４ ＣＣＤカメラ
１５ コンピュータ
２１，２２ λ／４板
２３ 鏡
２４ シャッター
３１ Ｈｅ−Ｎｅ ＬＡＳＥＲ
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出装置及びそれを用いた露光装置に関するもので、特にＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、そして液晶パネル等の表示デバイス等のデバイス製造用のステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式等の露光装置（投影露光装置）において第１物体としてのレチクル面上に形成された微細な電子回路パターンを第２物体としてのウエハーに露光転写、又は投影光学系で投影露光するときの第１物体と第２物体との相対的な位置合わせ（アライメント）を行うときのウエハーに設けたマークの位置情報を干渉を利用して検出する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体製造用の投影露光装置においては、集積回路の高密度化に伴いレチクル面上の回路パターンをウエハー面上に高い解像力で投影露光できることが要求されている。回路パターンの投影解像力を向上させる方法としては、例えば露光光の波長を固定にして投影光学系のＮＡを大きくする方法や露光波長をｇ線からｉ線へと短波長の光束を用い、又はエキシマレーザーから発振される波長２４８ｎｍ，１９３ｎｍ等の短波長の光、更にＳＯＲ光を用いる方法等が多くとられている。
【０００３】
一方、回路パターンの微細化に伴い電子回路パターンの形成されているレチクルやマスクとウエハーを高精度にアライメントすることが要求されてきている。
【０００４】
この要求精度は、回路パターンの１／３以下と言われており、例えば１ＧビットＤＲＡＭでは、０．１８μｍルールの回路パターンとすると、６０ｎｍ以下のオバーレー精度（露光領域全体のアライメント）が必要である。
【０００５】
更に、このオバーレー精度を測定する重ね合わせ検査装置（位置検出装置）においては、オバーレー精度の１／１０が要求され、１ＧビットＤＲＡＭでは、６ｎｍ以下が必要となる。そこで、より高精度の位置計測の為に、計測誤差発生要因における検出系要因であるＴＩＳ(Tool Induced Shift)の影響を軽減するＴＩＳ補正法も実施されている。
【０００６】
図１０はＴＩＳの説明図である。同図では、位置検出用のパターンを、例としてシリコンウエハーを９１をエッチングにより段差を作り、その段差によるパターン９２とアライメント実施後露光現像したレジスト像パターン９３との相対関係を計測するものである。ＴＩＳ補正法では２回計測を行う。そのとき、２回目は１回目に比べてウエハー９１を１８０度回転して計測する。この為、１回目を０度計測値Δ０度、２回目を１８０度計測値Δ１８０度と呼んでいる。
【０００７】
ＴＩＳ補正法では、０度計測値Δ０度から１８０度計測値Δ１８０度を引いて２で割った値を計測値ΔＴＩＳ補正として使用して、このことで検出系要因の誤差を軽減して高精度計測を可能としている。このとき、０度計測値Δ０度と１８０度計測値Δ１８０度をたして２で割った値をＴＩＳと呼んでいる。
【０００８】
重ね合わせ検査装置やアライメント検出系において、現在実際に使用されている方式のほとんどは、明視野画像処理方式である。図１１は従来の重ね合わせ検査装置（位置検出装置）の要部概略図である。同図ではウエハー上に専用マークを構成し、それの像を光学系でＣＣＤ等の撮像素子上に形成し、その電気信号を各種信号処理を実施することにより位置検出を行っている。
【０００９】
具体的に説明すると、ウエハー１上にマーク２をエッチング等により形成し、そのマーク２の上にリソグラフィーによりマーク３を形成している。この重ね合わせ検査装置では、このマーク２，３の相対位置関係を計測する。ハロゲンランプ５から射出した光束６を光学フィルター５ａ，レンズ５ｂ，ミラー５ｃを介してファイバー７に導光する。ファイバー７からの光束を照明系８を介し、Ｓ偏光の光を偏光ビームスプリッター９で反射させ、リレー１２，ミラー４，λ／４板１０，対物レンズ１１を介してウエハー１上の２つのマーク２，３を照明する。照明系８はファイバー７からの光束を集光するレンズ８ａ，絞り８ｂ、絞り８ｂからの光束を集光するレンズ８ｃ、そしてミラー８ｄとを有している。
【００１０】
２つのマーク２，３からの反射光は、照明したときとは逆光路を通り、対物レンズ１１，λ／４板１０，ミラー４，リレー１２を介し今度は偏光方向がＰ偏光となっているので偏光ビームスプリッター９を透過し、λ／４板２１を介してエレクター１３によりＣＣＤカメラ１４の撮像面上に導光させ、その面上に２つのマーク２，３を形成している。２つのマーク２，３の像はＣＣＤカメラ１４により電気信号とされ、その信号はコンピュータ（演算手段）１５に入力している。コンピュータ１５でその信号を画像解析して２つのマーク２，３の相対位置関係を検出している。
【００１１】
この光学系において最も必要とされる結像性能は、像（マーク像）の対称性である。光学系に像の対称性を劣化させるものがある場合に、ＴＩＳが存在することになる。
【００１２】
この種の検出系においては、倍率を１００倍程度の高い倍率とし、ほとんど軸上近傍で使用している。従って、像の対称性の劣化要因の主要因は軸外収差等ではなく、光学系の軸上近傍の偏心コマ収差と照明系の不均一性によるものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの高集積化に伴って、回路パターンの微細化とともにデバイス構造の３次元化が進んでいる。半導体デバイスの高集積化を図る為に投影光学系の開口数を大きくするとそれに伴って投影光学系の焦点深度が浅くなってくる。このため、半導体デバイスの表面を研磨して段差部や凹凸部を取り除いて表面を平坦化し、平坦化した表面上へフォトレジストを塗布して、投影露光して高解像化を図ることが重要になっている。
【００１４】
又、シリコン基板上に設ける絶縁膜層を研磨して、均一な厚さの膜層にすることは層間容量のばらつきや、ビアホールの深さを一定とする為の重要な要件となっている。
【００１５】
従来より、半導体デバイスの表面の段差部や凹凸部を除去して平坦化する平坦化技術として化学的機械的研磨方法(Chemical Mechanical Polishing, ＣＭＰ) が提案されている。
【００１６】
この平坦化技術は、アライメントや重ね合わせ検査装置には大きな問題となっている。それは検出に使用するマークも平坦化により段差量がなくなり、例えば今最も多く、且つ精度良く使用されている明視野画像処理においては、計測に使用するマーク像のコントラストが低くなり、検出精度の劣化原因となっている。
【００１７】
この対策として位相差検出方式も提案されているが、光学系内に位相板を入れて構成することになるので、前述のＴＩＳの発生要因となり、コントラストは上がっても精度を出すことが困難となっている。特に、普通の明視野系と共存する為には、光学系内に位相板を出し入れしなければならないので、大きなＴＩＳの発生要因となる。
【００１８】
本発明は、位相差検出方式と同様に、コントラストの向上を図りつつＴＩＳの発生要因が少なく、ＣＭＰ等の低段差のプロセスにおいても位置検出用のマークを安定して高い精度で検出することができ、レチクル面上のパターンをウエハー面上に高精度に露光転写することができる位置検出装置及びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の位置検出装置は、コヒーレント光を放射する光源手段と該光源手段からのコヒーレント光をインコヒーレント光とするインコヒーレント化手段と、該インコヒーレント光で物体面上のマークを照明し、前記インコヒーレント光の一部で前記物体面上のマークと光学的に共役な面を照明し、前記マークからの反射光と前記マークと光学的に共役な面からの反射光とを、撮像手段上で重ねて干渉像を形成する光学系と、該撮像手段で得られる信号を用いて、該物体面上のマークの位置情報を得る演算手段とを有していることを特徴としている。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記インコヒーレント光のうち前記マークに向かう光束が通過する光学系と、前記マークと光学的に共役な面に向かう光束が通過する光学系とが互いに異なることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記インコヒーレント化手段は、光路中に設けた回転可能な拡散板を有していることを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の発明において、前記光学系は、前記光源手段からのコヒーレント光を前記インコヒーレント化手段でインコヒーレント光とし、該インコヒーレント光を複数の光束に分割する偏光ビームスプリッターを有し、偏光ビームスプリッターで分割した一方の光束を前記物体面上に導光し、他方の光束を該物体面と光学的な共役面に導光していることを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、前記物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなるフォーカス位置における該マークの像に基づく信号を前記撮像手段は検出していることを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の発明において、前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、前記物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなるフォーカス位置における該マークの第１像と、該物体を光学系の光軸方向に更に駆動させたとき、該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなり、かつ該第１像に基づく反射率の差の符号と逆転するフォーカス位置における該マークの第２像との差分の画像信号を前記演算手段は利用していることを特徴としている。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項の発明において、前記光源手段は複数の光源を有しており、前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、該物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき、該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなる光束を放射する光源を選択して使用していることを特徴としている。
【００２１】
請求項８の発明の露光装置は、請求項１〜７いずれかに記載の位置検出装置を有しており、前記位置検出装置を用いて前記物体の位置を検出し、前記検出結果を用いてパターンの露光転写を行うことを特徴としている。
請求項９の発明の露光装置は、請求項１〜７のいずれか１項記載の位置検出装置を用いて前記物体と別の物体との相対的な位置合わせを行った後に、前記物体面上のパターンを前記別の物体面上に露光転写していることを特徴としている。
【００２２】
請求項１０の発明のデバイスの製造方法は、請求項１〜７のいずれか１項記載の位置検出装置を用いてレチクルとウエハーとの相対的な位置合わせを行った後に該レチクル面上のパターンをウエハー面上に露光転写した後に、該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
請求項１１の発明のデバイスの製造方法は、請求項８又は９の露光装置を用いてレチクルとウエハーとの相対的な位置合わせを行った後に該レチクル面上のパターンをウエハー面上に露光した後に、該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。同図は半導体素子（デバイス）製造用の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の投影露光装置に搭載された重ね合わせ検査装置（位置検出装置）を示している。該位置検出装置はＨｅ−Ｎｅレーザー（光源）３１からの発振光である波長６３３ｎｍのようにウエハー１上に塗布されたホトレジストを感光させない光（非露光光）で後述するように各要素を介した後にウエハー１上の立体形状の２つのアライメントマーク（マーク）２，３を照明している。
【００２５】
そして該アライメント２，３からの光束を後述するように各要素を介してＣＣＤカメラ１４に導光して、ＣＣＤカメラ１４によってアライメントマーク２，３の位置情報を観察しその位置を検出している。
【００２６】
本実施形態では、投影露光装置の照明系（不図示）を構成する光源からの光、例えば超高圧水銀ランプから発光するｇ線やｉ線、又はエキシマレーザーからの発振波長の露光光で回路パターンが形成されているレチクル（第１物体：不図示）を照明している。そして、投影光学系（不図示）はレチクル面上の回路パターンをウエハー（第２物体）１面上に、例えば１／５、又は１／１０に縮小投影している。
【００２７】
ウエハー１はウエハーチャック（不図示）上に置かれている。ウエハーチャックはθ−Ｚステージ（駆動手段：不図示）上に構成され、ウエハー１をチャック表面に吸着することにより、各種振動に対してウエハー１の位置がずれないようにしている。θ−Ｚステージはチルトステージ（不図示）の上に構成され、ウエハー１をフォーカス方向（光学系の光軸方向）に上下動かすことを可能としている。
【００２８】
図１に示す位置検出装置では、シリコンエッチングウエハー（ウエハー）１の上にエッチングパターンマーク（マーク）２を（リソグラフィー、現像、エッチング等により）形成し、そのエッチングパターンマーク２の上に（リソグラフィー、現像により）レジストパターンマーク（マーク）３を形成している。同図においては、この２つのマーク２，３の相対位置関係を計測している。
【００２９】
本実施形態では、ウエハー上のマークを光学系により光電変換素子上に結像させ、そのビデオ信号からウエハーの位置を計測する計測系において、光源にコヒーレント光を使用し、光源とファイバーの間に回転拡散板を配置してインコヒーレント化した光で、ウエハー上のマークを照明し、その照明光の一部をウエハー上のマークと光学的な共役面で反射させ、ウエハー上のマークからの反射光と再度合わせて光電変換素子上に結像させ像とし、実際に計測に使用する画像としてウエハー上のマークの外側と内側の反射率の差が最も大きくなるフォーカスでの画像から、同じく反射率の差が最も大きくなるが、前とは逆の符号となるフォーカスでの画像を引いた画像を使用し、ウエハーの段差変化に対しては、コントラストが最も大きくなる光源を使用する構成とした検出系を用いている。
【００３０】
次に本実施形態における重ね合わせ検査方法（マーク位置検出方法）について説明する。
【００３１】
３１は光源（光源手段）であり、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーから成り、コヒーレント光を放射している。３２は回転拡散板であり、光源３１からのレーザー光（コヒーレント光）をインコヒーレント光としている。回転拡散板３２は後述するＣＣＤカメラ１４でマーク像として取り込む時間内に、ウエハー１面上に形成されるスペックルを移動させて平均化している。３３は集光レンズであり、回転拡散板３２を介したインコヒーレント光（光束）を集光し、ミラー６で反射させてファイバー７に入射させている。ファイバー７から放射した光束は照明系８で集光して、偏光ビームスプリッター９でＳ偏光を反射させ、点Ｐ２に結像させた後に順に、リレー光学系１２，ミラー４，λ／４板１０，対物レンズ（投影光学系）１１を介してウエハー１面上の２つのマーク２，３を照明している。照明系８はレンズ８ａ，絞り８ｂ，集光レンズ８ｃ、そしてミラー８ｄを有している。尚、絞り８ｂと点Ｐ２は共役となっている。
【００３２】
ウエハー１上の２つのマーク２，３からの反射光は元の光路を逆戻りして、順に、対物レンズ１１，λ／４板１０，ミラー４，リレー光学系１２を介し、点Ｐ２に結像した後に偏光ビームスプリッター９に入射する。このとき偏光ビームスプリッター９に入射する光束はＰ偏光となっているので、偏光ビームスプリッター９を通過し、λ／４板２１を通過してエレクター１３によってＣＣＤカメラ１４の撮像面上に導光し、その面上に２つのマーク２，３の像（マーク像）を形成している。
【００３３】
次にＣＣＤカメラ１４の撮像面上でマーク２，３の像を干渉像とする為の参照光について説明する。
【００３４】
光源３１からの光束で照明系８からの光束のうち偏光ビームスプリッター９を通過したＰ偏光は、λ／４板２２により円偏光とし、鏡２３で反射している。このとき、鏡２３の位置は、観察するウエハー１と光学的な共役面に配置している。反射した光は再度λ／４板２２を通過しＳ偏光となり、偏光ビームスプリッター９に入射する。Ｓ偏光となった光は偏光ビームスプリッター９で反射し、λ／４板２１を透過し、エレクター１３によりＣＣＤカメラ１４の撮像面上に参照光として入射している。ＣＣＤカメラ１４の撮像面上では、前述のウエハー１のマーク２，３からの反射像と参照光が重なり、その面上に干渉像が形成される。
【００３５】
２つのマーク２，３に関する像は、ＣＣＤカメラ１４により光電変換され、その信号は回線を通じてコンピュータ（演算手段）１５に入力している。コンピュータ１５でその信号を画像処理して、２つのマーク２，３の相対位置関係を検出している。
【００３６】
本実施形態は以上のようにしてマーク２，３に関する干渉像を得ている。これにより、従来の明視野照明のみで得た像よりコントラストが向上した像を得ている。更に本実施形態では、２つのフォーカスの干渉像の差分を取ることで、更にコントラストを２倍にした像を得ている。
【００３７】
この２つのフォーカスは、図２〜図４に示すようにアライメントマーク（図１のマーク２の上面２ａに相当）４１とマーク４１の外側のマーク（図１のマーク２の下面２ｂに相当）４２のＣＣＤカメラ１４からの出力の差（＝像の強度の差）が最も大きくなって、符号が逆となるフォーカス位置としている。これはウエハー１を光学系の光軸方向に駆動したときにマーク４１，４２からの反射光の強度変化に基づいて得られる。
【００３８】
例えば、アライメントマーク４１の段差が照明波長λ（Ｈｅ−Ｎｅ ＬＡＳＥＲなら６３３ｎｍ）の４分の１のλ／４だったとする。するとマーク４１の外側のマーク４２と参照光の光路長差が照明波長λの整数倍の干渉の明るい条件にフォーカスを変えて設定すると、マーク４１の外側のマーク４２の干渉像は、最も強度が強くなる。
【００３９】
一方、アライメントマーク４１については段差がλ／４なので、逆に最も弱い強度となる（参照光の反射強度とウエハーからの反射強度が等しければ、干渉縞のビジビリティーが高くなり、完全に強度は無くなってしまう）。この結果、図２に示すようなパターン（第１像）となる。
【００４０】
次にフォーカスを前のフォーカスからλ／４だけ変えると、今度は図３に示すようにマーク４１の外側のマーク４２と参照光の光路長差が、照明波長λの整数倍にλ／４たした干渉の暗い条件になり、マーク４１の外側マーク４２の干渉像は、最も強度が弱くなる。一方、アライメントマーク４１については、段差がλ／４なので、逆に最も強い強度となる。この結果、図３に示すようなパターン（第２像）となる。
【００４１】
この２つの像の差分を取ることで、図４に示すように１つフォーカスの干渉像の２倍のコントラストを持つ像４３を得ることが可能となる。尚、参照光を必要としない明視野照明で使用したい場合には、図１におけるシャッター２４を挿入し、又はλ／４板２２と鏡２３を除去すれば良い。
【００４２】
次に図５，図６に示す干渉顕微鏡方式を用いて本発明の構成との差を説明する。
【００４３】
図５はリニーク干渉顕微鏡方式、図６はミロー干渉顕微鏡方式を用いた一部分の説明図である。これらの方式の説明の文献は、岩波出版、久保田 広著、波動光学414,415 頁に記載されており、図５，図６もそこからの引用である。
【００４４】
図５に示すリニーク干渉顕微鏡方式は、対物と同じものを参照光に使用して軸外での設計上の収差をキャンセルしている。一方、図６に示すミロー干渉顕微鏡方式は、対物と観察物体との間にハーフミラーを配置して参照光として、ハーフミラーによって反射した光を使用している。
【００４５】
図５に示すリニーク干渉顕微鏡方式が対物レンズＬ１と同じ対物レンズＬ２を参照光に使用しているが、本発明では対物と同じものを使用せずに、鏡２３に中間像を作成してその反射光を参照光と使用している。共通光学系でない対物−リレー間の光学系に球面収差やコマ収差等と言う前述のＴＩＳがあると、干渉像がワンカラーからずれてしまい、きれいな干渉像を得ることができない。
【００４６】
しかしながら本発明においては、明視野系で前述のようにＴＩＳを取りきることが必要条件であるので、その為、中間像からの参照光を使用してもきれいな干渉像を得ることが可能となる。
【００４７】
尚、インコヒーレント化することと干渉像との関係は、実際にＣＣＤカメラ１４で得られる干渉縞はスペックルなしで観察することが実験で確認済である。これは、干渉縞は光学的な共役面同士（鏡２３とウエハー１）の干渉ででき、光学的な共役面同士の一点一点同士の光路長で干渉条件で干渉縞ができ、その縞に対して前述の回転拡散板３２でスペックルを移動させることで平均化しているのである。
【００４８】
図７は本発明の実施形態２の要部概略図である。同図において図１で示した要素と同一要素には同符号を付している。本実施形態は発振波長の異なるレーザーを３個用いている。
【００４９】
本実施形態では、検出するマーク２，３の段差量が変わっても、レーザーを選択して使用することで高コントラスト信号を得ようとするものである。例えばマーク２，３の段差量が照明波長の整数倍に半波長分たした場合を考えると、干渉像は、アライメントマーク３とマーク３の外側のマーク２との干渉条件が同一となり、信号コントラストは低いものとなってしまいます。
【００５０】
数値例で示すと、照明光の波長を６３３ｎｍとすると、段差量をその１．５倍分の９５０ｎｍとする。このときが上記の条件である。そこで、例えば発振波長７８５ｎｍのレーザーを照明光に使用すると、９５０ｎｍの段差量は１．２１λ(950=785+165=785+0.21 ×785)となり、高コントラストな干渉像を形成することが可能となる。
【００５１】
図７のように、異なるレーザーを３個構成しなければならないわけではなく、２個構成するだけで十分効果はあるが、複雑な半導体プロセスを考慮して、できるだけ多くの光源を構成した方が良いので、ここでは３個とした。
【００５２】
又、本発明ではこれまで低段差で従来の明視野検出系での画像コントラストが低い場合についての高コントラスト化に適用したことについて説明を行ってきた。本発明の構成は、これに限定されずに、例えば立体形状のマーク計測に応用しても同様に効果を発揮する。
【００５３】
図１のように、光源にＨｅ- Ｎｅ ＬＡＳＥＲ３１とハロゲンランプ５を用意して切り替えて使用できる構成としている。光源にＨｅ- Ｎｅ ＬＡＳＥＲ３１を使用する場合に、４フォーカスの画像（λ／４ずつフォーカス量を変えたときに得られる画像）を使用して立体形状計測を行う、所謂縞走査法に使用することができる。
【００５４】
一方、ハロゲンランプ５を使用すると白色干渉となり可干渉距離が短くなり、それを使用したコヒーレンスプローブ法と言う立体形状計測が可能となる。この立体形状検出法法のうち縞走査法に関しては、コロナ社、光計測のニーズとシーズ、228 頁に記載されている。又、コヒーレンスプローブ法に関しては、学際企画、新しい光学顕微鏡、第一巻レーザ顕微鏡の理論と実際の82頁に記載されているので詳細は省略する。
【００５５】
次に上記説明した位置検出装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００５６】
図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローチャートである。
【００５７】
本実施例においてステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（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。
【００５８】
一方、ステップ３（ウエハー製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハーを製造する。ステップ４（ウエハープロセス）は前行程と呼ばれ、前記用意したマスクとウエハーを用いてリソグラフィ技術によってウエハー上に実際の回路を形成する。
【００５９】
次のステップ５（組立）は後行程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハーを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（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。
【００６０】
ステップ６（検査）ではステップ５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、これが出荷（ステップ７）される。
【００６１】
図９は上記ステップ４のウエハープロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハーの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハー表面に絶縁膜を形成する。
【００６２】
ステップ１３（電極形成）ではウエハー上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハーにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハーに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハーに焼付露光する。
【００６３】
ステップ１７（現像）では露光したウエハーを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（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エハー上に多重に回路パターンが形成される。
【００６４】
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。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、位相差検出方式と同様に、コントラストの向上を図りつつＴＩＳの発生要因が少なく、ＣＭＰ等の低段差のプロセスにおいても位置検出用のマークを安定して高い精度で検出することができ、レチクル面上のパターンをウエハー面上に高精度に露光転写することができる位置検出装置及びそれを用いた露光装置を達成することができる。
【００６６】
この他本発明によれば、新たな干渉顕微鏡方式を従来の明視野照明と併設することが可能となり、ＣＭＰプロセス等の低段差のマークも高コントラスト化することで、高精度の位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 干渉像でマークの外側が明るい条件のフォーカスの場合を示す図
【図３】 干渉像でマークの外側が暗い条件のフォーカスの場合を示す図
【図４】 干渉像でマークの外側が明るい、暗い条件での信号とその差分の信号を示す図
【図５】 従来のリニーク干渉顕微鏡方式の原理を示す図
【図６】 従来のミロー干渉顕微鏡方式の原理を示す図
【図７】 本発明の実施形態２の要部概略図
【図８】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図９】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１０】 従来の重ね合わせ検査装置の光学系を示す図
【図１１】 ＴＩＳ補正法を示す図
【符号の説明】
１ ウエハー
２ 重ね合わせ用マーク（シリコンエッチングウエハー）
３ 重ね合わせ用マーク（レジストパターン）
４ ミラー
５ 光源（例えばハロゲンランプ）
６ 使用する照明波長
７ ファイバー
８ 照明光学系
９ 偏光ビームスプリッター
１０ λ／４板
１１ 対物レンズ
１２ リレーレンズ
１３ エレクター
１４ ＣＣＤカメラ
１５ コンピュータ
２１，２２ λ／４板
２３ 鏡
２４ シャッター
３１ Ｈｅ−Ｎｅ ＬＡＳＥＲ
Claims (11)
- コヒーレント光を放射する光源手段と
該光源手段からのコヒーレント光をインコヒーレント光とするインコヒーレント化手段と、
該インコヒーレント光で物体面上のマークを照明し、前記インコヒーレント光の一部で前記物体面上のマークと光学的に共役な面を照明し、前記マークからの反射光と前記マークと光学的に共役な面からの反射光とを、撮像手段上で重ねて干渉像を形成する光学系と、
該撮像手段で得られる信号を用いて、該物体面上のマークの位置情報を得る演算手段と
を有していることを特徴とする位置検出装置。 - 前記インコヒーレント光のうち前記マークに向かう光束が通過する光学系と、前記マークと光学的に共役な面に向かう光束が通過する光学系とが互いに異なることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
- 前記インコヒーレント化手段は、光路中に設けた回転可能な拡散板を有していることを特徴とする請求項１又は２の位置検出装置。
- 前記光学系は、前記光源手段からのコヒーレント光を前記インコヒーレント化手段でインコヒーレント光とし、該インコヒーレント光を複数の光束に分割する偏光ビームスプリッターを有し、偏光ビームスプリッターで分割した一方の光束を前記物体面上に導光し、他方の光束を該物体面と光学的な共役面に導光していることを特徴とする請求項１、２又は３の位置検出装置。
- 前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、前記物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなるフォーカス位置における該マークの像に基づく信号を前記撮像手段は検出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の位置検出装置。
- 前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、前記物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなるフォーカス位置における該マークの第１像と、該物体を光学系の光軸方向に更に駆動させたとき、該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなり、かつ該第１像に基づく反射率の差の符号と逆転するフォーカス位置における該マークの第２像との差分の画像信号を前記演算手段は利用していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項の位置検出装置。
- 前記光源手段は複数の光源を有しており、前記物体上のマークは前記光学系の光軸方向に段差面を有しており、該物体を該光学系の光軸方向に駆動させたとき、該マークの段差面からの反射率の差が最も大きくなる光束を放射する光源を選択して使用していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項の位置検出装置。
- 請求項１〜７いずれかに記載の位置検出装置を有しており、前記位置検出装置を用いて前記物体の位置を検出し、前記検出結果を用いてパターンの露光転写を行うことを特徴とする露光装置。
- 請求項１〜７のいずれか１項記載の位置検出装置を用いて前記物体と別の物体との相対的な位置合わせを行った後に、前記物体面上のパターンを前記別の物体面上に露光転写していることを特徴とする露光装置。
- 請求項１〜７のいずれか１項記載の位置検出装置を用いてレチクルとウエハーとの相対的な位置合わせを行った後に該レチクル面上のパターンをウエハー面上に露光転写した後に、該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴とするデバイスの製造方法。
- 請求項８又は９の露光装置を用いてレチクルとウエハーとの相対的な位置合わせを行った後に該レチクル面上のパターンをウエハー面上に露光した後に、該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴とするデバイスの製造方法。
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