JP5351409B2 - 位置検出器、テンプレートを得る方法、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出器、テンプレートを得る方法、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

第９図に示される半導体製造用露光装置における位置検出器の従来例を述べる。

まず、ウエハW上のマークWMを観測できる位置にウエハステージ１２を移動させる。最初に、非露光光を照射するマーク照明系２から照射した光束により、結像光学系４、ビームスプリッタ３を介して、マークＷＭのパターン（登録パターン）を照明する。第２図の(a)は登録パターンの例を示したものである。登録パターンから反射した光束は、再度ビームスプリッタ３に到達し、ここで反射して結像光学系５を介して撮像部６の撮像面上に登録パターンの像を形成する。撮像部６において登録パターンの像の光電変換を行う。その後、登録パターンの像は、A/D変換部７において２次元のデジタル信号列に変換される。エッジ位置の抽出部８は、２次元のデジタル信号列をX方向、Y方向に微分し、第２図の(b)における×点のように、微分値の高い座標をテンプレート特徴点の候補点として抽出する。テンプレート特徴点の生成部９は、抽出された候補点の中から第２図の(c)に示されるのような空間的に均等配置されたテンプレート特徴点を選定する。選定されたテンプレート特徴点はテンプレートの記憶部１０に記憶され、マーク位置を計測するときにマッチング部１１に呼び出されテンプレートのマッチング処理に利用される。
特開平２００３−３３８４５５号公報

上記従来の位置検出器は、登録パターンからテンプレート特徴点を検出して登録し、登録されたテンプレートのマッチング処理によってアライメントマークを計測する装置において有効である。しかし、ウエハW上には、登録パターン以外にもさまざまなパターンが存在し、中には登録パターンに類似するパターンが存在していることもある。検出されるマークの形状が予めわかっている場合には、特許文献１に記載されているように、マークの非エッジ部分にも着目して類似パターンを誤検出しないテンプレートを作成することが可能である。しかし、従来の位置検出器でテンプレート特徴点を決定しても、本来検出すべきマーク以外のパターンを検出してしまう可能性がある。

本発明は、テンプレートと偽パターンとのマッチング度を低減させるのに有用な位置検出器を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、マークの位置を検出する位置検出器であって、マークを撮像して得られた画像からマークのパターンの特徴点を抽出し、特徴点を有する仮テンプレートを生成する生成部と、マークを撮像して得られた画像内にマークのパターン以外に仮テンプレートとのマッチング度が基準値より高い偽パターンが存在するかを、仮テンプレートを用いてサーチするサーチ部と、偽パターンが存在する場合、マークのパターンおよび偽パターンのうちマークのパターンのみに存在する特徴点および偽パターンのみに存在する特徴点の少なくとも一方からマークのパターンの特徴点と偽パターンに存在する特徴点との距離に基づいて特徴点を選定して仮テンプレートの有する特徴点を変更することにより仮テンプレートを補正する補正部と、を有し、補正部により得られたテンプレートを用いてマークの位置を検出する、ことを特徴とする。

本発明の第２の側面は、マークの位置を検出するためのテンプレートを得る方法であって、マークを撮像して得られた画像からマークのパターンの特徴点を抽出し、特徴点を有する仮テンプレートを生成し、マークを撮像して得られた画像内にマークのパターン以外に仮テンプレートとのマッチング度が基準値より高い偽パターンが存在するかを、仮テンプレートを用いてサーチし、偽パターンが存在する場合、マークのパターンおよび偽パターンのうちマークのパターンのみに存在する特徴点および偽パターンのみに存在する特徴点の少なくとも一方からマークのパターンの特徴点と偽パターンに存在する特徴点との距離に基づいて特徴点を選定して仮テンプレートの有する特徴点を変更することにより仮テンプレートを補正する、ことを特徴とする。

本発明によれば、テンプレートと偽パターンとのマッチング度を低減させるのに有用な位置検出器を提供することができる。

［位置検出器の実施例１］
露光装置で使用される位置検出器における第１の実施例を示す。

第１図において、Rはレチクル、Wは露光すべき基板であるウエハ、１はz軸を光軸とする投影光学系、１２は３次元に移動可能なステージである。Mは、基板としてのウエハWに形成されたマークWMの位置を検出する位置検出器である。位置検出器Mは、マーク照明系２、ビームスプリッタ３、結像光学系４,５、撮像部６等から構成される位置合わせ用光学系S、処理器Ｐ等を含む。処理器Ｐは、A/D変換部７、エッジ位置の抽出部８、テンプレートの生成部９、テンプレートの記憶部１０、マッチング部１１、仮テンプレートのサーチ部１３、テンプレートの補正部１４を含む。

まず、ウエハWに形成された検出すべきマークＷＭのパターン（登録パターン）を観測できる位置にウエハステージ１２が移動される。最初に、マーク照明系２は、ビームスプリッタ３を介して、登録パターンに非露光光の光束を出射する。第２図の(a)は登録パターンの例を示したものである。登録パターンで反射された光束は、再度ビームスプリッタ３に到達し、ここで反射して結像光学系５を介して撮像部６の撮像面上に登録パターンを含む第１の画像を形成する。撮像部６は第１の画像の光電変換を行う。その後、A/D変換部７は、第１の画像の電気信号を２次元のデジタル信号列に変換する。

２次元のデジタル信号列から検出すべきマークを識別するために使用されるテンプレートの特徴点が決定されるシーケンスを第３図に基づいて説明する。

S１０１で、エッジ位置の抽出部８は、２次元のデジタル信号列をX方向、Y方向に微分し、微分値の高いM個の座標をテンプレートの特徴点の候補点として抽出し、候補点のリストを作成する。S２００で、テンプレートの生成部９は、抽出されたM個の候補点の中からN個(N＜M)のテンプレートの特徴点を決定する。

テンプレートの生成部９がテンプレートの特徴点を決定してテンプレートを生成するシーケンスを第４図に示す。まずS２０１で、生成部９は、第１の特徴点をM個の候補点の中から選択する。選択の基準は、微分値が一番大きな候補点、微分値が中央値の候補点、登録パターンの中心近辺の候補点等を用いても良いが、これらに限定されない。S２０２で第１の特徴点に選定された候補点を候補点リストから削除する。S２０３で選定された特徴点の数を１増加させる。選定済みの特徴点の数ｎがＮ未満のとき、S２０５に進む。S２０５で、未選定のｍ個(１≦m≦M−ｎ)の候補点のそれぞれについて、すでに選定されたｎ個の特徴点のうち一番近い特徴点との距離D(m)を求める。S２０６で、D(m)が一番長い候補点を新たに特徴点に選定する。S２０２〜S２０６を選定済みの特徴点の数がN個になるまで繰り返す。

S２００のシーケンスで決定されたテンプレートは仮のテンプレートである。テンプレートのサーチ部１３は、検出すべきマークを含む第２の画像を生成部９によって生成されたテンプレートを用いてサーチし、生成されたテンプレートが適切なものであるかどうかの確認を行う(S１０２)。テンプレートが適切かどうかの確認は、検出すべきマークのパターン（登録パターン）以外にテンプレートとのマッチング度が基準値より高いパターンが存在するか否かを判断することによってなされる。この実施例では、テンプレートを生成するときに使用した第１の画像をそのまま第２の画像として使用する。登録パターン以外にテンプレートとのマッチング度が基準値より高いパターンすなわち偽パターンが存在しなければ、生成部９により生成された仮テンプレートはそのまま正式なテンプレートとなる(S１０３,S１０４)。

S１０３で第５図の(a)のような偽パターンが存在すると判断された場合、S１０３からS１０５,S１０６,S１０７,S３００,S４００を経由してS１０２に戻る、テンプレートを補正する補正ループに入る。補正部１４は、補正ループにおいて、偽パターンの情報に基いて、生成部９が生成したテンプレートを偽パターンとテンプレートのマッチング度が基準値を下回るように補正する。偽パターンの情報は、登録パターン及び偽パターンのうち一方のパターンのみに存在する部分の情報が使用されうる。

補正部１４は、まずS１０１と同様の手順で、偽パターンの偽特徴点の候補点を第５図の(b)における○点のように抽出し記憶する(S１０６)。すでに補正ループに入ったことがあり、過去に偽特徴点の候補点を記憶していればORをとる(S１０７)。ORをとり合計K個となった偽特徴点の候補点(偽候補点)とM個の特徴点の候補点から最適なテンプレートの特徴点を抽出する(S３００,S４００)。

図６Ａは、登録パターンには存在するが偽パターンには存在しない特徴点を用いてテンプレートを補正する工程を示すシーケンスである。補正部１４は、まず、m個(１≦m≦M)の候補点のそれぞれについて、K個の偽パターンの候補点（偽候補点）のうち一番近い偽候補点のとの距離D(m)を求める(S３０１)。D(m)が一番長い距離の候補点mを第１の特徴点に選定する(S３０２)。第１の特徴点に選定された候補点を候補点リストから削除する(S３０３)。ｍ個(１≦m≦M−ｎ)の候補点のそれぞれについて、すでに選定されたn個の特徴点のうち一番近い特徴点との距離D１(m)を求める(S３０６)。ｍ個(１≦m≦M−n)の候補点のそれぞれについて、K個の偽候補点のうち一番近い偽候補点との距離D２(m)を求める(S３０７)。D１(m), D２(m)のうち短い方の距離が一番長い候補点mを新たに特徴点に選定する(S３０８)。S３０３〜３０８を選定されたテンプレートの特徴点数がN個になるまで繰り返す。この手順は第５図の(c)に示されるように登録パターンと偽パターンのエッジ点を重ね、○点と重なっていない×点から特徴点に選定することを意味する。このような手順を踏むことで第５図(d)に示される×点のように偽パターン(E)になく、登録パターン(F)にあるエッジが優先的にテンプレートの特徴点に選定される。

図６Ｂは、登録パターンには存在しないが偽パターンには存在する特徴点を用いてテンプレートを補正する工程を示すシーケンスである。補正部１４は、k個(１≦k≦K)の偽候補点のそれぞれについて、M個のテンプレートの候補点のうち一番近い候補点との距離D(k)を求める(S４０１)。D(k)が一番長い距離の偽候補点kを第１の登録パターンのエッジ位置にない特徴点（非エッジ位置特徴点）として選定する(S４０２)。第１の非エッジ位置特徴点に決定された偽候補点を偽候補点リストから削除する(S４０３)。ｋ個(１≦k≦K−i)の偽候補点のそれぞれについて、すでに決定したi個の非エッジ位置特徴点のうち一番近い非エッジ位置特徴点との距離D１(k)を求める(S４０６)。ｋ個(１≦k≦K−i)の偽候補点のそれぞれについて、M個の候補点のうち一番近い候補点との距離D２(k)を求める(S４０７)。D１(k), D２(k)のうち短い方の距離が一番長い候補点kを非エッジ位置特徴点に選定する(S４０８)。S４０３~S４０８を非エッジ位置特徴点数がI個になるまで繰り返す。この手順は第５図の(c)に示されるように登録パターンと偽パターンのエッジ点を重ね、×点と重なっていない○点から非エッジ位置特徴点を選定することを意味する。このような手順を踏むことで第５図の(d)における○点のように偽パターン(E)にあって、登録パターン(F)にないエッジが優先的に非エッジ位置特徴点として選定される。

テンプレート中の非エッジ位置特徴点は、特許文献１に記載されているように、登録パターンの非エッジ位置がエッジ位置となる偽パターンとテンプレートとのマッチング度を減少させるために有用である
図３における、S１０３からS１０５,S１０６,S１０７,S３００,S４００を経由して,S１０２に戻る補正ループを、テンプレートとのマッチング度が基準値より高い偽パターンがなくなるまで繰り返す。それにより、検出すべきマークを確実に検出可能な補正されたテンプレートを決定することができる。決定されたテンプレートはテンプレートの記憶部１０によって記憶され、マーク位置の検出時にマッチング部１１に呼び出されマッチング処理に利用される。本実施例ではS３００,S４００の２段階で偽パターンとのマッチング度を減少させるテンプレートを作成した。しかし、S３００,S４００どちらか一方のシーケンスで偽パターンとのマッチング度が減少するテンプレートを作成できるならば、Ｓ３００，Ｓ４００のシーケンスの両方を行う必要は無い。

［位置検出器の実施例２］
露光装置で使用される位置検出器における第２の実施例を示す。

実施例１では、生成部９がテンプレートの生成の基とする、検出すべきマークを含む第１の画像がそのまま、検出すべきマークを含む第２の画像としてサーチ部１３により使用された。しかし、実際に露光装置でアライメントマークを計測する際、ウエハの置き誤差等によりテンプレート生成時の画像とは違った偽パターンが撮像されることは十分にあり得る。そこでウエハの置き誤差等が発生しても偽パターンを検出しないテンプレートを作成するシーケンスを第７図に基づいて説明する。

実施例１と同様の手順で仮のテンプレートが完成したら登録パターン含む第１の画像を中心に８箇所のステージ位置で撮像を行う(S１０８)。第８図に示されるように、第１の画像と８箇所で撮像された画像とを結合し結合画像を作成する。そして、実施例１と同様に、テンプレートを用いて第２の画像としての結合画像をサーチする（Ｓ１０２）。また、結合画像内にテンプレートとのマッチング度が基準値より高い偽パターンがなくなるまで補正ループを繰り返す。このように第１の画像より広い領域の画像で偽パターンをサーチすることで、ウエハの置き誤差等が発生しても偽パターンを誤検出しないテンプレートを作成することができる。

本実施例では検出マークを含む第１の画像を中心に８箇所のステージ位置における画像領域でも偽パターンをサーチした。しかし、ウエハの置き誤差等が大きいと想定できる場合はより広範囲の画像を結合し偽パターンのサーチを行えばよい。また、結合画像を作らずにステージ位置を変えた画像別にテンプレートの補正ループを繰り返しても良い。この場合偽パターンが画像の境界にまたがってしまうことも考えられるので、撮像範囲が重なるようにステージ位置を変えて複数画像を撮像する必要がある。

［露光装置の実施例］
以下、本発明の位置検出器が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図１０に示すように、照明系ユニット５０１、レチクルを搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系１、ウエハを搭載したウエハステージ１２とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式又はステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

照明系ユニット５０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約193nmのArFエキシマレーザ、波長約248nmのKrFエキシマレーザ、波長約153nmのF2エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、YAGレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。投影光学系１は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、カタディオプトリック光学系、複数のレンズ素子とキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、光学素子が全でミラーである光学系等を使用することができる。

レチクルステージ５０２及びウエハステージ１２は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージ及びレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。

［デバイス製造の実施例］
次に、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

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に基づいてマスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハ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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１２は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像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うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

本発明に係る位置検出器を備えた露光装置の一例を示す図 登録パターンの例を示す図 テンプレートの生成、補正プロセスの一例を説明するフローチャート テンプレートの生成プロセスの一例を説明するフローチャート 偽パターンの例を示す図 テンプレートの補正プロセスを説明するフローチャート テンプレートの補正プロセスを説明するフローチャート テンプレートの生成、補正プロセスの他例を説明するフローチャート 複数のステージ位置の画像を結合した結合画像を説明する図 従来例における位置検出器を備えた露光装置を示す図 露光装置を説明するための図 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャート 図１０に示すフローチャートのステップ４におけるウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１：投影光学系、２：マーク照明系、３：ビームスプリッタ、４，５：結像光学系、６：撮像部、７：A/D変換部、８：エッジ位置の抽出部、９：テンプレート特徴点の決定部、１０：テンプレートの記憶部、１１：マッチング部、１２：ウエハステージ、１３：テンプレートのサーチ部、１４：テンプレート特徴点の再決定部、W：ウエハ、WM：ウエハ上の登録したいパターン、R：レチクル、S：位置合わせ用光学系、５０１：照明系ユニット、５０２：レチクルステージ、５０５：露光装置本体

Claims (10)

1. マークの位置を検出する位置検出器であって、
   前記マークを撮像して得られた画像から前記マークのパターンの特徴点を抽出し、前記特徴点を有する仮テンプレートを生成する生成部と、
   前記マークを撮像して得られた画像内に前記マークのパターン以外に前記仮テンプレートとのマッチング度が基準値より高い偽パターンが存在するかを、前記仮テンプレートを用いてサーチするサーチ部と、
   前記偽パターンが存在する場合、前記マークのパターンおよび前記偽パターンのうち前記マークのパターンのみに存在する特徴点および前記偽パターンのみに存在する特徴点の少なくとも一方から前記マークのパターンの特徴点と前記偽パターンに存在する特徴点との距離に基づいて特徴点を選定して前記仮テンプレートの有する特徴点を変更することにより前記仮テンプレートを補正する補正部と、を有し、
   前記補正部により得られたテンプレートを用いて前記マークの位置を検出する、
   ことを特徴とする位置検出器。
2. 前記補正部は、該補正部により得られるテンプレートにおいて前記偽パターンとのマッチング度を減少させるための特徴点として、前記偽パターンに存在する特徴点のうちから前記距離に基づいて特徴点を選定することにより前記変更を行って、前記仮テンプレートを補正することを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。
3. 前記サーチ部がサーチするのに使用する画像は、前記生成部が前記仮テンプレートを生成するのに使用した画像であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出器。
4. 前記サーチ部がサーチするのに使用する画像は、前記生成部が前記仮テンプレートを生成するのに使用した第１画像を含む複数の画像を結合して得られた該第１画像より広い領域を有する画像であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出器。
5. 前記特徴点は、対象とする画像のエッジ位置の抽出により抽出されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の位置検出器。
6. マークの位置を検出するためのテンプレートを得る方法であって、
   前記マークを撮像して得られた画像から前記マークのパターンの特徴点を抽出し、前記特徴点を有する仮テンプレートを生成し、
   前記マークを撮像して得られた画像内に前記マークのパターン以外に前記仮テンプレートとのマッチング度が基準値より高い偽パターンが存在するかを、前記仮テンプレートを用いてサーチし、
   前記偽パターンが存在する場合、前記マークのパターンおよび前記偽パターンのうち前記マークのパターンのみに存在する特徴点および前記偽パターンのみに存在する特徴点の少なくとも一方から前記マークのパターンの特徴点と前記偽パターンに存在する特徴点との距離に基づいて特徴点を選定して前記仮テンプレートの有する特徴点を変更することにより前記仮テンプレートを補正する、
   ことを特徴とする方法。
7. 前記補正において、該補正により得られるテンプレートにおいて前記偽パターンとのマッチング度を減少させるための特徴点として、前記偽パターンに存在する特徴点のうちから前記距離に基づいて特徴点を選定することにより前記変更を行って、前記仮テンプレートを補正することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記特徴点は、対象とする画像のエッジ位置の抽出により抽出されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の方法。
9. 基板を露光する露光装置であって、
   前記基板に形成されたマークの位置を検出する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の位置検出器を備えることを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイス製造方法。

Images