JP5409120B2 - 補正方法、装置、及び、デバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高精度のアライメント処理を可能にするための信号波形補正方法に関する。

露光装置におけるアライメント方法、特に、被観察面（ウエハマーク）からの信号波形の補正を行うためのアライメント方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１には、精密な位置計測等に用いるための被観察面を照明し観察して得られる信号波形の、照明むら、受光素子もしくは撮像素子等の感度むら、またはゴミの付着等による歪みを補正する方法及び装置が開示されている。

特開平１１−０５４４１８号公報

従来の露光装置においては、電子シャッターを搭載した撮像素子が用いられていた。このため、照明光の照射時間を正確に制御することが可能であった。しかしながら、近年では、精度向上のために画素数の大きな撮像素子が用いられることがある。画素数の大きな撮像素子は、電子シャッターを搭載することができない。この場合、メカシャッターのような機械的な開閉手段を用いて照明光の照射時間を制御する必要がある。

メカシャッターは、電子シャッターとは異なり、瞬時にその開閉を行うことができない。このため、メカシャッターが完全にオープンになるまで所定の駆動時間が必要であり、メカシャッターが完全にオープンになるまでの間は、撮像素子上の光強度分布も不均一になる。

図４は、照明光の照射時間を変えた場合における照明むらの変化を示す図である。図４（ａ）は照射時間が短い場合（ウエハの反射率が高い場合）を示し、図４（ｂ）は照射時間が長い場合（ウエハの反射率が低い場合）を示している。図４（ｃ）は、図４（ａ）、（ｂ）のそれぞれの場合の照明むらを示している。

図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、照明光の照射時間を変えた場合、照明光の照射時間とメカシャッター（開閉手段）の駆動時間との比率が変わる。このため、メカシャッター駆動中の照明むらの影響度が変化する。このため、図４（ｃ）に示されるように、照明光の照射時間全体の照明むらも変化してしまう。この結果、従来の方法のように、照明光の照射時間に対して固定の補正式を用いた信号波形補正方法では、信号波形を正しく補正することが困難である。

そこで本発明は、高精度のアライメント処理を可能とするための補正方法を提供する。

本発明の一側面としての補正方法は、照明された基板を撮像して得られる信号波形を補正する補正方法であって、前記照明に係る複数の照明強度に関してそれぞれ前記撮像により複数の参照信号を得る工程と、前記複数の参照信号を用いて前記信号波形の補正式の係数を得る工程と、前記補正式を用いて前記信号波形を補正する工程と、を有し、前記係数は、前記照明に係る複数の照明時間のそれぞれに関して得ることを特徴とする。

本発明の他の側面としての装置は、基板に設けられたアライメントマークを撮像して得られる信号波形に基づいて、原版のパターンを介し前記基板を露光する装置であって、前記基板を照明する照明手段と、前記照明手段の照明に係る照明時間を制御するシャッター手段と、前記基板からの反射光を受光して撮像する撮像手段と、前記照明手段の照明に係る複数の照明強度に関してそれぞれ前記撮像手段により得られた複数の参照信号を用いて前記信号波形の補正式の係数を得る手段と、前記補正式を用いて前記信号波形を補正する補正手段と、を有し、前記係数を得る手段は、前記照明手段の照明に係る複数の照明時間のそれぞれに関して前記係数を得ることを特徴とする。

本発明の他の側面としてのデバイス製造方法は、前記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前記基板を現像する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、高精度のアライメント処理を可能とするための補正方法を提供することができる。

実施例１における露光装置の概略構成図である。 実施例１におけるウエハマーク及びデジタル信号列の一例を示す図である。 実施例１におけるゲインの時間依存性を示すグラフである。 照明光の照射時間を変化させた場合における照明むらの変化を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１における露光装置について説明する。図１は、本実施例における露光装置の概略構成図である。本実施例の露光装置は、被観察面（アライメントマーク）を観察して得られる信号波形を補正する信号波形補正方法を実行し、原版のパターンを基板の上に露光する露光装置であり、半導体等のデバイスを製造するために用いられる。

図１において、Ｒは原版であるレチクル、Ｗは露光対象の基板であるウエハ、１はレチクルＲの上に形成されているパターンをウエハＷに投影するための投影光学系である。ウエハＷの上にはウエハマークＷＭ（アライメントマーク）が設けられている。

Ｓは位置合わせ用光学系、２は位置合わせ照明手段（照明手段）、３はビームスプリッタ、４、５は結像光学系、６は撮像手段、１６は照明光路開閉手段（開閉手段）である。位置合わせ照明手段２は、位置合わせのためにウエハＷを照明する。撮像手段６は、ウエハＷからの反射光を受光して撮像する。

照明光路開閉手段１６は、位置合わせ照明手段２からのウエハＷに対する照明光の照射時間を制御する。照明光路開閉手段１６の開閉動作により、位置合わせ照明手段２からの照明光がビームスプリッタ３に照射されるか、または、照明光のビームスプリッタ３への伝達が遮断されるかが決定される。このため、照明光路開閉手段１６の動作を不図示の制御手段で制御することにより、照明光の照射時間を変えることができる。本実施例において、照明光路開閉手段１６として好ましくはメカシャッターが用いられるが、電子シャッターを用いてもよい。図１に示されるように、位置合わせ用光学系Ｓは、位置合わせ照明手段２、ビームスプリッタ３、結像光学系４、５、撮像手段６、及び、照明光路開閉手段１６により構成される。

７はＡ／Ｄ変換手段、８は積算手段、９は位置検出手段、１０はステージ駆動手段、１１はＸ方向及びＹ方向の２次元に移動可能なＸＹステージ（ウエハステージ）である。１２は参照信号バッファ（保持手段）、１３は補正式作成手段、１４は補正式メモリ（記憶手段）、１５は信号補正手段（補正手段）である。参照信号バッファ１２は、後述のように、照明光の照明強度を変えながら作成した複数の参照信号を保持する。補正式作成手段１３は、複数の参照信号を用いて信号波形の補正式を作成する。補正式メモリ１４は、補正式作成手段１３で作成された信号波形の補正式を記憶する。信号補正手段１５は、補正式メモリ１４に記憶された補正式を用いて信号波形を補正する。

次に、本実施例の信号波形補正方法における補正式作成手順について説明する。本実施例において、補正式は、不図示の制御手段の指令に基づいて作成される。本実施例において、補正式は、撮像手段６の信号要素（画素ｘ）毎に得られたゲインＡ及びオフセットＢを用いて、補正式作成手段１３により作成される。画素ｘにおける補正値Ｖｘは、画素ｘにおけるゲインＡ（ｘ）、オフセットＢ（ｘ）、及び、輝度値Ｉｘを用いて、以下の式（１）のように表される。

Ｖｘ＝Ａ（ｘ）×Ｉｘ＋Ｂ（ｘ） … （１）
照明光路開閉手段１６により照明光の照射時間が変わると、照明むらの影響がゲインとオフセットに現れる。このため、ゲインＡ及びオフセットＢは、それぞれ、画素ｘだけでなく時間ｔにも依存して変化する関数Ａ（ｘ，ｔ），Ｂ（ｘ，ｔ）として表される。

まず、ステージ駆動手段１０は、位置合わせ照明手段２からの照明光がウエハＷ上のウエハマークＷＭに照射されないように、すなわち照明光がウエハマークＷＭの無い位置においてウエハＷ上に照射されるように、ＸＹステージ１１を移動させる。続いて、位置合わせ照明手段２からの照明光の照明強度を変えながら、複数の参照信号Ｓｎｔ（ｘ）（ｎ＝１，２，…，Ｎ（Ｎ：自然数）；ｔ＝Ｔ０，Ｔ１，…，ＴＮ）を作成する（参照信号作成工程）。複数の参照信号は、参照信号バッファ１２に格納される。

補正式作成手段１３は、参照信号バッファ１２に格納された複数の参照信号Ｓｎｔ（ｘ）を用いて、信号要素（画素ｘ）毎に信号波形の補正式を作成する（補正式作成工程）。このとき、補正式作成手段１３は、照明光路開閉手段１６で照明光の照射時間を変えながら複数の補正式を作成する。すなわち、補正式作成手段１３は、照明光路開閉手段１６の開閉時間が短い場合の補正式、及び、その開閉時間が長い場合の補正式というように、複数の補正式を作成する。

補正式作成手段１３で作成された補正式は、補正式メモリ１４に格納される。すなわち、補正式メモリ１４は、照明光路開閉手段１６の開閉時間毎のゲインＡ（ｘ，ｔ）とオフセットＢ（ｘ，ｔ）（ｔ＝Ｔ０，Ｔ１，…，ＴＮ）を格納する。このようにして、照明光の照射時間に応じた複数の補正式が作成されて記憶される。

次に、本実施例の信号波形補正方法におけるウエハマークＷＭの位置操作手順について説明する。まず、不図示の制御手段を用いて照明光路開閉手段１６を駆動し、位置合わせ照明手段２から射出した光束（照明光）をビームスプリッタ３を介してウエハマークＷＭ（アライメントマーク）に照射する。図２（ａ）は、本実施例におけるウエハマークＷＭの一例を示す図である。図２（ａ）に示されるウエハマークＷＭは、同一形状の複数の矩形パターンを配置することにより構成されている。ウエハマークＷＭから反射した光束は、再度、図１に示されるビームスプリッタ３に到達し、結像光学系５を介して撮像手段６の撮像画面上にウエハマークＷＭの像を形成する。撮像手段６は、ウエハマークＷＭの像の光電変換を行う。

その後、Ａ／Ｄ変換装置７において、撮像手段６からの出力信号は、２次元のデジタル信号列に変換される。図１に示される積算手段８は、図２（ａ）に示される範囲ＷＰにおいてＹ方向に積算処理を行い、２次元のデジタル信号列を１次元のデジタル信号列Ｓ（ｘ）（ｘ＝Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘｎ（ｎ：自然数））に変換する。図２（ｂ）に、このときのデジタル信号列Ｓ（ｘ）の一例を示す。縦軸はデジタル信号列Ｓ（ｘ）の強度、横軸はＸ軸方向の位置Ｘをそれぞれ示している。

続いて、不図示の制御手段は、照明光路開閉手段１６を開け、照明光の照射時間と同一の照射時間又はこれに近い照射時間で作成した一つの補正式（照射時間に対応する一つの補正式）を補正式メモリ１４から選択する。補正式メモリ１４から、選択された一つの補正式が信号補正手段１５に出力されると、信号補正手段１５は、その補正式を用いて信号波形を補正し、補正信号列を算出する（信号補正工程）。

図１に示される位置検出手段９は、信号補正手段１５から出力された１次元の補正信号列に対してウエハマークＷＭの中心座標位置を求める。ステージ駆動手段１０は、位置検出手段９で求められたウエハマークＷＭの中心座標位置に基づいて、ＸＹステージ１１を駆動する。

以上のとおり、本実施例における補正式は、被観察面であるウエハＷを照射する光（照明光）の照射時間に応じて異なる。具体的には、本実施例の信号補正工程は、照射時間に応じて異なる複数の補正式の中から、特定の照射時間に対応する一つの補正式を選択して信号波形を補正する。このため、本実施例の露光装置によれば、照明光の照射時間による変化（照明光路開閉手段１６の駆動時間の変化）による影響を受けることなく照明むらの補正が可能となる。

次に、本発明の実施例２における露光装置について説明する。本実施例における露光装置の構成は実施例１と同様であるため、本実施例では、露光装置の構成についての説明は省略する。一方、本実施例の露光装置は、照明光の照射時間に対する補正式を得るための手法に関して、実施例１の露光装置とは異なる。

実施例１における補正式作成方法は、予め異なる照射時間に対する複数の補正式を作成し、これらの複数の補正式の中から対応する一つの補正式を選択する方法であった。一方、本実施例における補正式作成方法は、照明光の任意の照射時間に対応する一つの補正式を算出する方法である。すなわち、本実施例の信号補正工程は、照射時間の関数として表される式に特定の照射時間を代入して補正式を算出し、この補正式を用いて信号波形を補正する。以下、本実施例における信号波形補正方法について詳述する。

実施例１の場合と同様に、補正式は、撮像手段６の画素ｘ（信号要素）の補正値Ｖｘは、画素ｘのゲインＡ（ｘ）、オフセットＢ（ｘ）、輝度値Ｉｘを用いて式（１）のように表される。また、照明光路開閉手段１６により照明光の照射時間が変わると、照明むらの影響がゲインとオフセットに現れる。このため、ゲインＡ及びオフセットＢは、それぞれ、画素ｘだけでなく時間ｔにも依存して変化する関数Ａ（ｘ，ｔ），Ｂ（ｘ，ｔ）として表される。

図３は、本実施例におけるゲインＡの時間依存性を示すグラフである。図３において、縦軸はゲインＡを示し、横軸は時間ｔを示している。縦軸上のＡ（ｘ，∞）は、照明光の照射時間が無限大の場合（照射時間が極めて長い場合）、すなわち、画素ｘが持つ本来のゲインである。また、横軸上のｔ_０は、照明光の最短照射時間（照明光路開閉手段１６の最短開閉時間）である。図３に示されるように、関数Ａ（ｘ，ｔ）は時間ｔに対し反比例の関数となる。すなわち、関数Ａ（ｘ，ｔ）は以下の式（２）のように表すことができる。

Ａ（ｘ，ｔ）＝Ａ（ｘ，∞）＋Ｃ（ｘ）／ｔ … （２）
ここで、Ａ（ｘ，∞）及びＣ（ｘ）を画素ｘ毎に予め算出することにより、式（２）により、照明光の任意の照射時間に対応したゲイン関数Ａ（ｘ，ｔ）を求めることができる。Ａ（ｘ，∞）及びＣ（ｘ）を求める際に、時間ｔ＝Ｔ１，Ｔ２にて各画素ｘ＝Ｘ１，Ｘ２，…，ＸｎのゲインＡを算出すると、例えば画素Ｘ１のゲインＡは、以下の式（３）、（４）のように表される。

Ａ（Ｘ１，Ｔ１）×Ｔ１＝Ａ（Ｘ１，∞）×Ｔ１＋Ｃ（Ｘ１） … （３）
Ａ（Ｘ１，Ｔ２）×Ｔ２＝Ａ（Ｘ１，∞）×Ｔ２＋Ｃ（Ｘ１） … （４）
上記の式（３）、（４）を連立方程式として解くことにより、画素Ｘ１におけるＣ（ｘ）、Ａ（ｘ，∞）は、それぞれ、以下の式（５）、（６）のように表される。

Ｃ（Ｘ１）＝Ｔ１・Ｔ２［Ａ（Ｘ１，Ｔ１）−Ａ（Ｘ１，Ｔ２）］／（Ｔ２−Ｔ１） … （５）
Ａ（Ｘ１，∞）＝［Ａ（Ｘ１，Ｔ２）・Ｔ１−Ａ（Ｘ１，Ｔ１）・Ｔ２］／（Ｔ２−Ｔ１）…（６）
画素ｘ＝Ｘ２，Ｘ３，…，ＸｎのそれぞれのゲインＡに関しても、上述の画素ｘ＝Ｘ１の場合と同様の方法で求めることができる。

また、オフセット関数Ｂ（ｘ，ｔ）に関してもゲイン関数Ａ（ｘ，ｔ）と同様に、以下の式（７）のように表される。

Ｂ（ｘ，ｔ）＝Ｂ（ｘ，∞）＋Ｄ（ｘ）／ｔ … （７）
Ｂ（ｘ，∞）及びＤ（ｘ）を画素ｘ毎に予め算出しておくことにより、式（７）を用いて、照明光の任意の照射時間に対応したオフセット関数Ｂ（ｘ，ｔ）を求めることができる。Ｂ（ｘ，∞）及びＤ（ｘ）を求める際には、時間ｔ＝Ｔ１，Ｔ２にて各画素ｘ＝Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘｎのオフセットを算出する。このとき、例えば画素Ｘ１のオフセットＢは、以下の式（８）、（９）のように表される。

Ｂ（Ｘ１，Ｔ１）×Ｔ１＝Ｂ（Ｘ１，∞）×Ｔ１＋Ｄ（Ｘ１） … （８）
Ｂ（Ｘ１，Ｔ２）×Ｔ２＝Ｂ（Ｘ１，∞）×Ｔ２＋Ｄ（Ｘ１） … （９）
上記の式（８）、（９）を連立方程式として解くことにより、画素Ｘ１におけるＤ（ｘ）、Ｂ（ｘ，∞）は、それぞれ、以下の式（１０）、（１１）ように表される。

Ｄ（Ｘ１）＝Ｔ１Ｔ２［Ｂ（Ｘ１，Ｔ１）−Ｂ（Ｘ１，Ｔ２）］／（Ｔ２−Ｔ１）…（１０）
Ｂ（Ｘ１，∞）＝［Ｂ（Ｘ１，Ｔ２）・Ｔ１−Ｂ（Ｘ１，Ｔ１）・Ｔ２］／（Ｔ２−Ｔ１）…（１１）
画素ｘ＝Ｘ２，Ｘ３，…，ＸｎのそれぞれのオフセットＢに関しても、上述の画素ｘ＝Ｘ１の場合と同様の方法で求めることができる。

以上のように求められたＡ（ｘ，∞）、Ｃ（ｘ）、Ｂ（ｘ，∞）、及び、Ｄ（ｘ）（ｘ＝Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘｎ）は、補正式メモリ１４に記憶される。このため、ウエハマークＷＭの計測時において、照明光の照射時間ｔに対応する特定のゲインＡ及びオフセットＢを上記の式（２）、（７）からそれぞれ算出することができる。したがって、本実施例の露光装置によれば、照明光の照射時間による変化（照明光路開閉手段１６の駆動時間の変化）による影響を受けることなく照明むらの補正が可能となる。

なお、本実施例では、時間ｔ＝Ｔ１，Ｔ２の２つの照射時間から算出したゲインとオフセットからＡ（ｘ，∞），Ｃ（ｘ）、Ｂ（ｘ，∞）、及び、Ｄ（ｘ）を求めたが、本実施例はこれに限定されるものではない。より正確な値を求めるため、３つ以上の照射時間ｔ＝Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…，Ｔｎ（ｎ≧３）から算出したゲインとオフセットを用いて、最小２乗法によりＡ（ｘ，∞），Ｃ（ｘ）、Ｂ（ｘ，∞）、及び、Ｄ（ｘ）を求めてもよい。

上記各実施例によれば、照明光の照射時間に応じた補正式を作成し、その補正式を用いて信号波形を補正するため、アライメントマークの照射時間を変えても照明むらの正確な補正が可能となる。このため、上記各実施例によれば、高精度のアライメント処理が可能な露光装置を提供することができる。また、そのようなアライメント処理を可能とするための信号波形補正方法を提供することができる。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。本実施例によれば、高品質なデバイス製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

２ 位置合わせ照明手段
６ 撮像手段
１２ 参照信号バッファ
１３ 補正式作成手段
１４ 補正式メモリ
１５ 補正手段
１６ 照明光路開閉手段
Ｗ ウエハ
ＷＭ ウエハマーク
Ｒ レチクル

Claims (8)

1. 照明された基板を撮像して得られる信号波形を補正する補正方法であって、
   前記照明に係る複数の照明強度に関してそれぞれ前記撮像により複数の参照信号を得る工程と、
   前記複数の参照信号を用いて前記信号波形の補正式の係数を得る工程と、
   前記補正式を用いて前記信号波形を補正する工程と、を有し、
   前記係数は、前記照明に係る複数の照明時間のそれぞれに関して得ることを特徴とする補正方法。
2. 前記補正する工程は、特定の照明時間に対応する係数を選択して前記信号波形を補正することを特徴とする請求項１に記載の補正方法。
3. 前記係数を得る工程は、前記照明時間の関数として前記係数を得ることを特徴とする請求項１に記載の補正方法。
4. 基板に設けられたアライメントマークを撮像して得られる信号波形に基づいて、原版のパターンを介し前記基板を露光する装置であって、
   前記基板を照明する照明手段と、
   前記照明手段の照明に係る照明時間を制御するシャッター手段と、
   前記基板からの反射光を受光して撮像する撮像手段と、
   前記照明手段の照明に係る複数の照明強度に関してそれぞれ前記撮像手段により得られた複数の参照信号を用いて前記信号波形の補正式の係数を得る手段と、
   前記補正式を用いて前記信号波形を補正する補正手段と、を有し、
   前記係数を得る手段は、前記照明手段の照明に係る複数の照明時間のそれぞれに関して前記係数を得ることを特徴とする装置。
5. 前記補正手段は、特定の照明時間に対応する係数を選択して前記信号波形を補正することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記係数を得る手段は、前記照明時間の関数として前記係数を得ることを特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 前記シャッター手段は、機械的シャッターを含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一つに記載の装置。
8. 請求項４乃至７のいずれか一つに記載の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前記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。