JP6309694B2 - 焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマーク及びそのアラインメント方法 - Google Patents
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Description
本発明は焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマーク及びそのアラインメント方法に関し、特に、アラインメントマークと、少なくとも一対の焦点合わせマークとを有するマーク及びそのアラインメント方法に関するものである。
集積回路の作製プロセスにおいて、一つの完全なチップの作製には通常、複数回のフォトリソグラフィと露光のステップが必要である。第一層のフォトリソグラフィ以外に、他の層のフォトリソグラフィステップには、露光前に当該層のパターンと以前の層の露光によって形成されたパターン（即ち、マーク）に対する精密な位置決めが必要とされる。これにより、各層のパターンの間に正確な相対位置、即ちオーバレイの精度を確保することができる。
先行技術として、Ｎｉｋｏｎ ＦＩＡシステムや、Ｕｌｔｒａｔｅｃ ＭＶＳなどの光学結像の原理に基づくアラインメントシステムは、フォトリソグラフィツールにおいて一般的に使用されている。図１に示すように、ＦＩＡのマークは形式が簡単である。一方、Ｕｌｔｒａｔｅｃ ＭＶＳシステムは、マーク学習の機能を備え、且つマークの形式が固定的ではない。さらに、ＵＳ６３４４６９８ Ｂ２とＣＮ１０２１０３３３６では、製作プロセスのマークに対する影響を考慮に入れて、製作プロセスの影響が少ないマークがそれぞれデザインされている。
実際には、製作プロセス以外に、他の多くの要素も測定精度に影響を与え得る。
まず、一般的な収差である歪みが、光学結像システムにおいて測定再現性に相当の影響を与えることに留意すべきである。その影響の原理は、測定マークの視界での位置の不確実性と歪みの非線形との結合により、測定再現性に影響を与えるといったことである。ＦＩＡシステムは複数回の反複操作を経て、測定中にマークを常に固定の位置に維持することによって、歪みによる影響が軽減されたが、反複操作には多くの時間がかかってしまう。
次に、図２に示すように、マークのデフォーカス或いはティルティングが測定再現性にも影響を与えるため、測定物の傾斜角aにより誤差Ｄが生じてしまう。フォトリソグラフィツールの焦点合わせとレベリングシステムにより、傾斜及びデフォーカスの校正は実現できるが、焦点合わせとレベリングシステムの測定面がフォトレジストの上表面にあり、アラインメントマークが場合によってはフォトレジストの底表面に位置し、且つフォトレジストの厚さに変動があることによって、焦点合わせとレベリングシステムにより、アラインメントマークに対する高精度の焦点合わせとレベリングを十分に実現することができない。
更に、光学結像システムには、オートフォーカステクニックがアラインメントセンサーにおいて広く使用されているが、オートフォーカスと傾斜の校正を同時に実現するセンサーが未だ発明されていない。
本発明の目的は、焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマーク及びそのアラインメント方法を提供することである。前記マークはアラインメントマークと、少なくとも一対の焦点合わせマークとを有し、焦点合わせを実現するとともに、傾斜によるマークへの影響を排除し、またマークに対する歪みの影響を減少するために用いられる。
このために、本説明では以下を含む焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを提供する。
アラインメントマークと少なくとも一対の焦点合わせマークを有し、前記アラインメントマークの中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上に位置し、さらに、前記少なくとも一対の焦点合わせマークが最適焦点面の位置を決定することによって、前記アラインメントマークの焦点合わせとレベリングが実現される。
好ましくは、前記アラインメントマークは十字型或いは米字型、横棒型或いは縦棒型のマークとすることができる。
好ましくは、前記アラインメントマークの中心はいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置する。
好ましくは、前記アラインメントマークは、離散化する要素のサイズより大きい線幅を有する。
好ましくは、前記アラインメントマークの線幅は、点像分布関数の幅の二倍より大きい。
好ましくは、前記焦点合わせマークは正方形或いは格子形の焦点合わせマークとすることができる。
好ましくは、格子形焦点合わせマークは水平或いは垂直な格子形焦点合わせマークとすることができる。
好ましくは、前記マークはアラインメントマークと、焦点合わせマークとを有し、前記焦点合わせマークは一対の前記正方形焦点合わせマークと、一対の前記水平な格子形焦点合わせマークと、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマークとを有する。
また、本発明は、前記マークで使用されるアラインメント方法を提供するものである。前記アラインメント方法は以下のステップを含む。
（１）工作物上にn組の焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを形成し、各組の前記マークがアラインメントマークと、少なくとも一対の焦点合わせマークとを有し、前記アラインメントマークの中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上に位置する；
（２）アラインメントシステムを使用して、各組前記マークに対して初期アラインメントを実行する；
（３）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させ、焦点面の判断基準と最適焦点面を確定する方法に従って、各組マークにおける少なくとも一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を取得し、ここで、ＰｉとＱｉがそれぞれ第ｉ組のマークにおける一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置であり、さらに、ｉ＝１，２，…，ｎであって、且つｎ≧３である；
（４）各対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝及び各対マークに対応する水平方向距離Ｄｉｓ（Ｐｉ，Ｑｉ）に従って、各組マークにおける前記アラインメントマークの最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉを取得し、ここで、
（５）各前記アラインメントマークの最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉに従って、平均値フィルタリング或いはミディアンフィルタリング方法を使用することで前記工作物の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔを確定する；
（６）前記工作物の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔに基づいて、ワークテーブルを垂直方向に移動させることにより、各前記アラインメントマークの垂直方向位置が補正される。
（１）工作物上にn組の焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを形成し、各組の前記マークがアラインメントマークと、少なくとも一対の焦点合わせマークとを有し、前記アラインメントマークの中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上に位置する；
（２）アラインメントシステムを使用して、各組前記マークに対して初期アラインメントを実行する；
（３）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させ、焦点面の判断基準と最適焦点面を確定する方法に従って、各組マークにおける少なくとも一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を取得し、ここで、ＰｉとＱｉがそれぞれ第ｉ組のマークにおける一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置であり、さらに、ｉ＝１，２，…，ｎであって、且つｎ≧３である；
（４）各対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝及び各対マークに対応する水平方向距離Ｄｉｓ（Ｐｉ，Ｑｉ）に従って、各組マークにおける前記アラインメントマークの最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉを取得し、ここで、
（５）各前記アラインメントマークの最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉに従って、平均値フィルタリング或いはミディアンフィルタリング方法を使用することで前記工作物の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔを確定する；
（６）前記工作物の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔに基づいて、ワークテーブルを垂直方向に移動させることにより、各前記アラインメントマークの垂直方向位置が補正される。
好ましくは、焦点面の判断基準を決定する方法は、勾配振幅による方法と点像分布関数の幅による方法の二つを有する。
好ましくは、前記焦点合わせマークは正方形或いは格子形の焦点合わせマークとすることができる。
好ましくは、前記格子形焦点合わせマークの前記焦点面の判断基準は前記マークの画像の勾配振幅とすることができる。
好ましくは、前記正方形焦点合わせマークの前記焦点面の判断基準は前記マークの点像分布関数の幅である。具体的には、前記正方形焦点合わせマークの一行或いはいくつかの行の濃淡値を抽出して濃淡分布を得るとともに、またｈ値を算出してｈ値の大きさに基づき焦点面の位置を確定する。
好ましくは、前記各対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を得る方法は以下を含む。
（１）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させる；
（２）各垂直方向の段階的な移動位置で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準を抽出する；
（４）近似曲線から前記各対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置を算出する。
（１）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させる；
（２）各垂直方向の段階的な移動位置で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準を抽出する；
（４）近似曲線から前記各対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置を算出する。
好ましくは、前記各対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を得る方法はさらに以下を含む。
（１）前記焦点面の判断基準値とワークテーブルの垂直方向位置の関係をキャリブレーションする；
（２）現時点のワークテーブルの垂直方向位置上で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）前記キャリブレーションされた関係と抽出した焦点面の判断基準値に基づき、現時点のワークテーブルの垂直方向位置における前記ワークテーブルから焦点面までの距離ｄを取得する；
（５）現時点のワークテーブルの垂直方向位置を維持しつつ、ワークテーブルを垂直方向にそれぞれｄと−ｄ移動させ、またそれぞれ画像をキャプチャすることによって、焦点面の判断基準値Ｖ１とＶ２を取得する。
（６）Ｖ１とＶ２を比較することにより、前記各対焦点合わせマークの最適焦点面の位置を確定する。
（１）前記焦点面の判断基準値とワークテーブルの垂直方向位置の関係をキャリブレーションする；
（２）現時点のワークテーブルの垂直方向位置上で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）前記キャリブレーションされた関係と抽出した焦点面の判断基準値に基づき、現時点のワークテーブルの垂直方向位置における前記ワークテーブルから焦点面までの距離ｄを取得する；
（５）現時点のワークテーブルの垂直方向位置を維持しつつ、ワークテーブルを垂直方向にそれぞれｄと−ｄ移動させ、またそれぞれ画像をキャプチャすることによって、焦点面の判断基準値Ｖ１とＶ２を取得する。
（６）Ｖ１とＶ２を比較することにより、前記各対焦点合わせマークの最適焦点面の位置を確定する。
従来技術と比較して、本発明における焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマーク及びそのアラインメント方法により、アラインメントマークに対する高精度の焦点合わせとレベリングが実現できる。一方では、焦点合わせを実現するとともに傾斜のマークに対する影響を排除することによって、測定再現性が向上する。もう一方では、歪みが如何に測定再現性に影響を与えるかを分析し、それに基づきアラインメントマーク幅のための制約条件を得られるため、測定再現性が更に向上する。
以下では、添付図面を参照して本発明の具体的な実施例についてより詳細に説明する。以下の説明および請求項により、本発明の利点及び特徴はより明らかになると思われる。本発明の実施例に対する説明を簡単で理解しやすくするために、本発明の添付図面が簡易化した形で提供され、且つ必ずしも正確な割合で表しているわけではないことに留意すべきである。
実施例一
図３に示すように、本発明の実施例一は焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを提供するものであり、前記マークはアラインメントマーク２０と、少なくとも一対の焦点合わせマークとを有し、焦点合わせマークが正方形或いは格子形の焦点合わせマークとし、前記格子形焦点合わせマークが水平或いは垂直な格子形焦点合わせマークとする。前記焦点合わせマークは、一対の前記正方形焦点合わせマークと、一対の前記水平な格子形焦点合わせマークと、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマークとを有する。具体的には、前記焦点合わせマークは、正方形焦点合わせマーク１０と、正方形焦点合わせマーク３０と、水平な格子形焦点合わせマーク１１と、水平な格子形焦点合わせマーク３１と、垂直な格子形焦点合わせマーク１２と、垂直な格子形焦点合わせマーク３２とを有する。更に、正方形焦点合わせマーク１０と正方形焦点合わせマーク３０は一対の正方形焦点合わせマークであり、水平な格子形焦点合わせマーク１１と水平な格子形焦点合わせマーク３１は一対の格子形焦点合わせマークであり、垂直な格子形焦点合わせマーク１２と垂直な格子形焦点合わせマーク３２は一対の格子形焦点合わせマークである。アラインメントマーク２０は、十字型或いは米字型のマークであり、アラインメントに用いられるものである。実施例一において、アラインメントマーク２０は十字型マークであり、前記十字型アラインメントマーク２０は横棒と縦棒を有し、前記横棒と縦棒が互いに垂直となるようにし、且つアラインメントマーク２０の中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置し、いずれかの一対の前記焦点合わせマークは前記アラインメントマークに対して左右対称である。これにより、両側の焦点合わせマークのアラインメントシステムに対する高さが確定され、両側の焦点合わせマークと中間のアラインメントマークの位置関係と結びつけられ、アラインメントマーク２０の高さと傾斜を計算することによって、アラインメントマーク２０に対する高精度の焦点合わせとレベリングが実現できる。ここで、前記アラインメントマーク２０のライン幅は、離散化する要素のサイズより大きい。少なくとも一対の焦点合わせマークによって、アラインメント中にアラインメントマーク２０が位置する面に対して焦点面の調整を行うとともに、水平調節を行う。即ち、少なくとも一対の焦点合わせマークによって、アラインメントマーク２０の測定のために、アラインメントマーク２０が位置する面の高精度の焦点合わせとレベリングが先に実行される。焦点合わせマークの最適焦点面を決定する際には、焦点面の判断基準を選択する必要がある。一般的な焦点面の判断基準を決定する方法は、勾配振幅による方法とＰＳＦの幅（点像分布関数）による方法の二つを有する。
図３に示すように、本発明の実施例一は焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを提供するものであり、前記マークはアラインメントマーク２０と、少なくとも一対の焦点合わせマークとを有し、焦点合わせマークが正方形或いは格子形の焦点合わせマークとし、前記格子形焦点合わせマークが水平或いは垂直な格子形焦点合わせマークとする。前記焦点合わせマークは、一対の前記正方形焦点合わせマークと、一対の前記水平な格子形焦点合わせマークと、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマークとを有する。具体的には、前記焦点合わせマークは、正方形焦点合わせマーク１０と、正方形焦点合わせマーク３０と、水平な格子形焦点合わせマーク１１と、水平な格子形焦点合わせマーク３１と、垂直な格子形焦点合わせマーク１２と、垂直な格子形焦点合わせマーク３２とを有する。更に、正方形焦点合わせマーク１０と正方形焦点合わせマーク３０は一対の正方形焦点合わせマークであり、水平な格子形焦点合わせマーク１１と水平な格子形焦点合わせマーク３１は一対の格子形焦点合わせマークであり、垂直な格子形焦点合わせマーク１２と垂直な格子形焦点合わせマーク３２は一対の格子形焦点合わせマークである。アラインメントマーク２０は、十字型或いは米字型のマークであり、アラインメントに用いられるものである。実施例一において、アラインメントマーク２０は十字型マークであり、前記十字型アラインメントマーク２０は横棒と縦棒を有し、前記横棒と縦棒が互いに垂直となるようにし、且つアラインメントマーク２０の中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置し、いずれかの一対の前記焦点合わせマークは前記アラインメントマークに対して左右対称である。これにより、両側の焦点合わせマークのアラインメントシステムに対する高さが確定され、両側の焦点合わせマークと中間のアラインメントマークの位置関係と結びつけられ、アラインメントマーク２０の高さと傾斜を計算することによって、アラインメントマーク２０に対する高精度の焦点合わせとレベリングが実現できる。ここで、前記アラインメントマーク２０のライン幅は、離散化する要素のサイズより大きい。少なくとも一対の焦点合わせマークによって、アラインメント中にアラインメントマーク２０が位置する面に対して焦点面の調整を行うとともに、水平調節を行う。即ち、少なくとも一対の焦点合わせマークによって、アラインメントマーク２０の測定のために、アラインメントマーク２０が位置する面の高精度の焦点合わせとレベリングが先に実行される。焦点合わせマークの最適焦点面を決定する際には、焦点面の判断基準を選択する必要がある。一般的な焦点面の判断基準を決定する方法は、勾配振幅による方法とＰＳＦの幅（点像分布関数）による方法の二つを有する。
実施例一において、格子形焦点合わせマーク１１、１２、３１、３２の焦点面の判断基準を決定する方法は勾配振幅による方法を採用し、即ち、画像をソーベル演算子と畳み込ませて累加することである。焦点面の判断基準は以下の計算式である。
ここで、Ｉｍａｇｅが原画像を表し、ＳｏｂｅｌＸとＳｏｂｅｌＹがそれぞれ水平と垂直なソーベル演算子を表し、ＤｘとＤｙがそれぞれ水平と垂直な縁部で検出した画像を表し、またＶが勾配近似値、即ち焦点面の判断基準値を表す。
実施例一において、正方形焦点合わせマーク１０と３０の焦点面の判断基準を決定する方法は点像分布関数の幅による方法を採用する。即ち、図４の点線枠に示されるように、正方形マークの一行或いはいくつかの行の濃淡値を抽出して、濃淡値を累加することで、図５に示される濃淡分布を得るとともに、図５の点像分布関数の幅ｈ、即ち焦点面の判断基準値を算出し、更に点像分布関数の幅ｈの値の大きさに基づき焦点面の位置を判断する。
焦点面の判断基準を選定した後に、最適焦点面を確定する方法としては、以下の第一の方法或いは第二の方法である。
第一の方法は以下のステップを含む：
（１）所定距離に従ってワークテーブルを移動させる；
（２）ワークテーブルの各垂直方向の段階的な移動位置で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）近似曲線から最適焦点面の位置を算出する。
第二の方法は以下のステップを含む：
（１）前記焦点面の判断基準値とワークテーブルの垂直方向位置の関係をキャリブレーションする；
（２）現時点のワークテーブルの垂直方向位置上で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から前記焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）前記ステップ（１）でキャリブレーションした前記焦点面の判断基準値とワークテーブルの垂直方向位置の関係に基づき、さらに前記ステップ（３）で抽出された焦点面の判断基準値と結合して、現時点のワークテーブルの垂直方向位置におけるワークテーブルから焦点面までの距離ｄを取得する；
（５）現時点のワークテーブルの垂直方向位置を維持しつつ、ワークテーブルを垂直方向にｄと−ｄ移動させ、それぞれ画像をキャプチャすることによって、焦点面の判断基準値Ｖ１とＶ２を取得する；
（６）Ｖ１とＶ２を比較することにより、最適焦点面の位置を確定する。
（１）所定距離に従ってワークテーブルを移動させる；
（２）ワークテーブルの各垂直方向の段階的な移動位置で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）近似曲線から最適焦点面の位置を算出する。
第二の方法は以下のステップを含む：
（１）前記焦点面の判断基準値とワークテーブルの垂直方向位置の関係をキャリブレーションする；
（２）現時点のワークテーブルの垂直方向位置上で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から前記焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）前記ステップ（１）でキャリブレーションした前記焦点面の判断基準値とワークテーブルの垂直方向位置の関係に基づき、さらに前記ステップ（３）で抽出された焦点面の判断基準値と結合して、現時点のワークテーブルの垂直方向位置におけるワークテーブルから焦点面までの距離ｄを取得する；
（５）現時点のワークテーブルの垂直方向位置を維持しつつ、ワークテーブルを垂直方向にｄと−ｄ移動させ、それぞれ画像をキャプチャすることによって、焦点面の判断基準値Ｖ１とＶ２を取得する；
（６）Ｖ１とＶ２を比較することにより、最適焦点面の位置を確定する。
ここで、第二の方法のステップ（１）において、通常アラインメントシステム（カメラを含む）は固定的であるため、ワークテーブル或いはそれのマークの垂直方向位置を使用してマークのカメラに対する垂直方向距離を表すことができる。従って、ステップ（１）の用語「ワークテーブルの垂直方向位置」は「マークの垂直方向位置」と言い換えることができ、それによる効果は一致するものとなる。本実施例のシステム全体は、ウェーハーが水平に置かれ、且つカメラが下向き方向であるといった前提条件下で説明されるため、マークの垂直方向位置がアラインメントマークの垂直方向位置としてもよく、また焦点合わせマークの垂直方向位置としてもよく、それらの値が同じであることに注意すべきである。
第二の方法のステップ（４）において、キャリブレーションのプロセスでは「焦点面の判断基準値」と「ワークテーブルの垂直方向位置」（マークのカメラに対する垂直方向距離を表すために用いられる）の間の関係が記録されているため、画像をキャプチャする際に前記マークからカメラまでの距離は未知の状態である。ワークテーブルの現時点の垂直方向位置を維持しつつ、即ち、マークからカメラまでの距離を維持しつつ、画像を取って「焦点面の判断基準値」を計算し、また、計算して得られた焦点面の判断基準値をキャリブレーションした関係のデータに再び代用することによって、現時点のワークテーブルの垂直方向位置におけるワークテーブルからカメラまでの垂直方向距離を算出することができる。或いは、ステップ（１）でキャリブレーションした対象が「焦点面の判断基準値」と「マークの垂直方向位置」である場合には、現時点のワークテーブルの垂直方向位置におけるマークからカメラまでの垂直方向距離を算出することで、現時点のワークテーブルの垂直方向位置における前記ワークテーブル或いはマークから焦点面までの垂直方向距離ｄを取得することができる。
ステップ（４）が終了した後に、ワークテーブルが正方向と逆方向のいずれの方向において焦点面から離れるかは未だ判断できない状態であるため、第二の方法のステップ（５）においては、ワークテーブルにステップ（２）で説明した現時点のワークテーブルの垂直方向位置で、それぞれ垂直方向にｄと−ｄの距離を移動させる。即ち、それぞれカメラに接近すると離れる方向に沿って垂直方向に距離ｄを移動してそれぞれに対応する焦点面の判断基準値Ｖ１とＶ２を取得する。
第二の方法ステップ（６）においては、焦点面の判断基準値Ｖ１とＶ２のどちらがより良いかを比較することにより、ワークテーブルが該より良い判断基準値に対応するワークテーブルの垂直方向位置にある時に、前記マークが最適焦点面の位置に位置することを容易に判断できる。
図６に示すように、ワークテーブルの表面において、アラインメントマーク２０が一対の焦点合わせマークの中間に位置する、即ち、アラインメントマーク２０の中心が一対の焦点合わせマークの中心を接続する線の中心に位置する場合には、アラインメントマーク２０の最適焦点面の位置２は、一側の焦点合わせマークの最適焦点面の位置１と反対側の焦点合わせマークの最適焦点面の位置３の平均値である。ここで、アラインメントマークと焦点合わせマークの最適焦点面の位置は、アラインメントシステムの高度値（即ち、垂直座標値）に対応するマークの中心を使用して示すことができる。さらに、一側の焦点合わせマークの最適焦点面の位置１と反対側の焦点合わせマークの最適焦点面の位置３に従い、アラインメントマーク２０の傾斜を取得することができる。
前記マークのアラインメント方法は以下のステップを含む。
（１）ｎ組の事前形成された焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークの工作物をワークテーブルの上に置いた後に、焦点合わせとレベリングシステム（ＦＬＳ）により、最初の焦点合わせとレベリングが実現される。
図７に示すように、本実施例では３組の焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを使用するものであり、即ち、ここでｎ＝３であり，また、該３組のマークが以下にそれぞれ第一組のマーク、第二組のマーク、第三組のマークと呼ばれ、さらに、各組マークの中で、アラインメントマークが各対の焦点合わせマークの中間に位置する。
（２）ワークテーブルを移動して各組マークをアラインメントシステムの視界に入り込ませ、アラインメントして最初の測定を完成させ、これにより、各組マークの焦点合わせマークの横位置情報を特定する。
（３）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させ、焦点面の判断基準及びそれの最適焦点面を確定する方法、即ち前記第一の方法或いは第二の方法に従って、各組マーク中の少なくとも一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を取得する。
図７に示すように、本実施例では３組の焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを使用するものであり、即ち、ここでｎ＝３であり，また、該３組のマークが以下にそれぞれ第一組のマーク、第二組のマーク、第三組のマークと呼ばれ、さらに、各組マークの中で、アラインメントマークが各対の焦点合わせマークの中間に位置する。
（２）ワークテーブルを移動して各組マークをアラインメントシステムの視界に入り込ませ、アラインメントして最初の測定を完成させ、これにより、各組マークの焦点合わせマークの横位置情報を特定する。
（３）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させ、焦点面の判断基準及びそれの最適焦点面を確定する方法、即ち前記第一の方法或いは第二の方法に従って、各組マーク中の少なくとも一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を取得する。
ここで、ＰｉとＱｉは、第ｉ組のマークにおける一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置であり、さらに、ｉ=１，２，．．．，ｎであって、且つｎ≧３である；
本実施例により、本ステップでは、第一組のマークにおける一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置Ｐ１，Ｑ１、第二組のマークにおける一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置Ｐ２，Ｑ２、及び第三組のマークにおける一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置Ｐ３，Ｑ３をそれぞれ得る。
（４）各対焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝、即ち、二つの焦点合わせマークの垂直方向での最適焦点面の位置及び各対マークに対応する水平方向距離Ｄｉｓ（Ｐｉ,Ｑｉ）に従って、それに対応するアラインメントマーク２０の最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉを取得する。ここで、
図７に示すように、このステップでは、最適焦点面の位置Ｐ１，Ｑ１に基づき、第一組のマークにおけるアラインメントマークの最適焦点面の位置Ｍ１及びそれの傾斜Ｔ１を算出でき、最適焦点面の位置Ｐ２，Ｑ２に基づき、第二組のマークにおけるアラインメントマークの最適焦点面の位置Ｍ２及びそれの傾斜Ｔ２を算出でき、また、最適焦点面の位置Ｐ３，Ｑ３に基づき、第三組のマークにおけるアラインメントマークの最適焦点面の位置Ｍ３及びそれの傾斜Ｔ３を算出できる。
（５）各前記アラインメントマーク２０の最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉに従い、平均値フィルタリング或いはミディアンフィルタリング方法を使用することで、複数のアラインメントマーク２０によって囲まれた視界内の工作物（ウェーハー）の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔが確定される。
（６）前記視界内の工作物（ウェーハー）の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔに従って、ワークテーブルを垂直方向に移動させ、これにより、複数のアラインメントマークにおける補正する必要があるアラインメントマークの垂直方向位置が補正される。
（７）図８に示すように、アラインメントマーク２０の水平位置ＸＷＺＣＳ，ＹＷＺＣＳを再計算するとともに、測定時のワークテーブルの位置を記録する。焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークは、その位置がステップ（６）のワークテーブルの移動によって（具体的な移動軌道と位置の変化は図に示されていない）、その後各組マークの新しい水平位置が取得される。図８に示すように、それぞれが第一組のマークの水平位置Ｘ1，Ｙ1，第二組のマークの水平位置Ｘ2，Ｙ2，第三組のマークの水平位置Ｘ3，Ｙ3である。
（８）ワークテーブルにおける工作物(ウェーハー)の位置を得る。
（５）各前記アラインメントマーク２０の最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉに従い、平均値フィルタリング或いはミディアンフィルタリング方法を使用することで、複数のアラインメントマーク２０によって囲まれた視界内の工作物（ウェーハー）の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔが確定される。
（６）前記視界内の工作物（ウェーハー）の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔに従って、ワークテーブルを垂直方向に移動させ、これにより、複数のアラインメントマークにおける補正する必要があるアラインメントマークの垂直方向位置が補正される。
（７）図８に示すように、アラインメントマーク２０の水平位置ＸＷＺＣＳ，ＹＷＺＣＳを再計算するとともに、測定時のワークテーブルの位置を記録する。焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークは、その位置がステップ（６）のワークテーブルの移動によって（具体的な移動軌道と位置の変化は図に示されていない）、その後各組マークの新しい水平位置が取得される。図８に示すように、それぞれが第一組のマークの水平位置Ｘ1，Ｙ1，第二組のマークの水平位置Ｘ2，Ｙ2，第三組のマークの水平位置Ｘ3，Ｙ3である。
（８）ワークテーブルにおける工作物(ウェーハー)の位置を得る。
ここで、ステップ（１）は初期調整のための第一歩の焦点合わせとレベリングであり、ステップ（３）〜（８）はアラインメントマークの高精度の焦点合わせとレベリングを実現するための第二歩の焦点合わせとレベリングである。
ｎ組のマーク中の各組が複数対（例えば、ｍ対）の焦点合わせマークを有する場合には、各組マークの中の一対の焦点合わせマークの最適焦点面位置だけを計算することができ、また、必要に応じて各組マークの中の二対以上の焦点合わせマークの最適焦点面位置を計算することができ、これにより、｛Ｐｉｊ，Ｑｉｊ｝が得られることに注意すべきである。ここで、ｉ＝１，２，…，ｎであり、且つｊ＝１，２，…，ｍである。その中で、例えば、各組マークの中の二対以上の焦点合わせマークの最適焦点面位置の平均値を取り、該組マークを表す最適焦点面位置ＰｉとＱｉを得る。この方法は、格子形マークを焦点合わせマークとして採用することに特に適している。図７に示すように、前記格子形マークは通常は、二つの方向が垂直な格子（例えば、垂直な格子及び水平な格子）を使用してそれぞれ測定された後に平均値を取る必要がある。一方、正方形或いは他の形のマークに対しては、複数対を測定して平均値を取る必要がない。
上記説明により、傾斜補正を有するマークの設計が完成され、且つ該アラインメントマークのアラインメント方法が提供されるが、歪みがアラインメントマークのアライメント精度に対する影響が考慮されていない。
図９に示すように、アラインメントマークには一定の線幅があり、図９の線幅はＬＲ線分の長さである。アラインメントマークの両側の位置がそれぞれＬとＲであって、中心位置がＣであり、また、アラインメントマークの実際の結像位置がそれぞれＬ'とＲ'であって、それに対応する中心位置がＣＣである。図９の矢印に示すように、キャリブレーションアルゴリズムにより、理想の結像点と実際の結像点との位置関係を確立することができる。歪みの非線形特性により、ＣＣ点がＣ点に対応する結像点Ｃ’から偏移しているため、実際のマーク測定位置ＣＣがマークの実際の位置から偏移しているが、偏移量が固定的である場合に再現性は依然として確保されることができる。しかし実際には、視界位置の異なりにより、偏移量も変化するため、測定再現性に影響がでる。
歪みがアライメントの精度に対する影響の計算方法は以下のステップを含む。
（１）ＺｅｍａｘとＣＯＤＥ Ｖなどの光学的ソフトウェアによって、視界の各位置におけるカメラが理想の結像位置に対する偏移量曲線Ｏ(t)を得る；
（２）マークの線幅に従って幅がＴである窓関数を生成する；
（３）ウィンドウを中心から分割し、それぞれがＷ(ｔ)とＷ(ｔ−Ｔ/２)であって、いずれかの幅がＴ/２である二つの隣接するサブウィンドウに分けられる；
（４）サブウィンドウＷ(ｔ)とＷ(ｔ―Ｔ／２)をＯ(ｔ)とそれぞれ畳み込ませて、Ｃ(t)とＤ(t)を得る;
（５）Ｅ(ｔ)＝Ｃ(ｔ)−Ｄ(ｔ)として計算する；
（６）Ｅ(ｔ)の中の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎを算出する。
（１）ＺｅｍａｘとＣＯＤＥ Ｖなどの光学的ソフトウェアによって、視界の各位置におけるカメラが理想の結像位置に対する偏移量曲線Ｏ(t)を得る；
（２）マークの線幅に従って幅がＴである窓関数を生成する；
（３）ウィンドウを中心から分割し、それぞれがＷ(ｔ)とＷ(ｔ−Ｔ/２)であって、いずれかの幅がＴ/２である二つの隣接するサブウィンドウに分けられる；
（４）サブウィンドウＷ(ｔ)とＷ(ｔ―Ｔ／２)をＯ(ｔ)とそれぞれ畳み込ませて、Ｃ(t)とＤ(t)を得る;
（５）Ｅ(ｔ)＝Ｃ(ｔ)−Ｄ(ｔ)として計算する；
（６）Ｅ(ｔ)の中の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎを算出する。
画像側では、歪みが精度に対する影響がＥｒｒ＝Ｍａｘ−Ｍｉｎとして計算することができ、それに対応するオブジェクト側の値がＥｒｒ/倍率である。
上記説明からアラインメントマーク２０の線幅が小さければ小さいほど、歪みが精度に対する影響が小さいといったことは明らかである。しかし、その後、ＣＣＤ（電荷結合素子）によって画像の離散化を行うため、アラインメントマーク２０の線幅は、離散化した画像の要素のサイズより大きくされる必要がある。従って、アラインメントマーク２０を任意に小さくすることができない。
更に、アラインメントマーク２０内部の輝度値が一定であるため、アラインメントマーク２０の位置の情報が含まれない。アラインメントマーク２０の縁部のみには、アラインメントマーク２０の位置を示す特徴が存在する。アラインメントマーク２０の縁部の位置決めを正確にするために、縁部がカバーする範囲内（即ち、点像分布関数の幅）に、四つの抽出点が必要とされており、従って、アラインメントマーク２０の線幅は、点像分布関数の幅の二倍より大きくする必要があり、これによって、アラインメントマーク２０の線幅が確定される。
実施例二
実施例一と異なり、実施例二においては、アラインメントマークの中心が必ずしもいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置することがなく（図１０参照）、前記焦点合わせマーク２０’は、一対の前記正方形焦点合わせマーク１０’と３０’、一対の前記水平な格子形焦点合わせマーク１１’と３１’、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマーク１２’と３２’を有する。さらに、アラインメントマーク２０’の中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点には位置せず、代わりに二つの焦点合わせマークまでの距離が既知であることだけが必要とされる。即ち、図１０において焦点合わせマークからアラインメントマークまでの距離Ｗ１Ｗ２とＷ２Ｗ３が既知であり、既知のアラインメントマークから二つの焦点合わせマークまでの距離に従って、アラインメントマークの最適焦点面の位置が得られる。実施例一と比較して、実施例二は制限がより少ないマークを提供することによって、ユーザの様々なニーズが満足され得る。
実施例一と異なり、実施例二においては、アラインメントマークの中心が必ずしもいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置することがなく（図１０参照）、前記焦点合わせマーク２０’は、一対の前記正方形焦点合わせマーク１０’と３０’、一対の前記水平な格子形焦点合わせマーク１１’と３１’、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマーク１２’と３２’を有する。さらに、アラインメントマーク２０’の中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点には位置せず、代わりに二つの焦点合わせマークまでの距離が既知であることだけが必要とされる。即ち、図１０において焦点合わせマークからアラインメントマークまでの距離Ｗ１Ｗ２とＷ２Ｗ３が既知であり、既知のアラインメントマークから二つの焦点合わせマークまでの距離に従って、アラインメントマークの最適焦点面の位置が得られる。実施例一と比較して、実施例二は制限がより少ないマークを提供することによって、ユーザの様々なニーズが満足され得る。
実施例二では、上記説明の他に、マーク及びアラインメント方法は全て実施例一と一致するため、ここで説明しないようにする。
実施例三
実施例一と異なり、実施例三においては、図１１に示すように、単方向の位置を測定するために、アラインメントマークは横棒型或いは縦棒型のマークとする。前記アラインメントマーク２０”は、一対の前記正方形焦点合わせマーク１０”と３０”、一対の前記水平な格子形焦点合わせマーク１１”と３１”、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマーク１２”と３２”を有し、さらに、アラインメントマーク２０”の中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置しない。実施例一と比較して、実施例三は単方向の位置を測定するために使用されるマークを提供することによって、ユーザの様々なニーズが満足され得る。
実施例三には、上記説明の他に、マーク及びアラインメント方法は全て実施例一と一致するため、ここで説明しないようにする。
実施例一と異なり、実施例三においては、図１１に示すように、単方向の位置を測定するために、アラインメントマークは横棒型或いは縦棒型のマークとする。前記アラインメントマーク２０”は、一対の前記正方形焦点合わせマーク１０”と３０”、一対の前記水平な格子形焦点合わせマーク１１”と３１”、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマーク１２”と３２”を有し、さらに、アラインメントマーク２０”の中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置しない。実施例一と比較して、実施例三は単方向の位置を測定するために使用されるマークを提供することによって、ユーザの様々なニーズが満足され得る。
実施例三には、上記説明の他に、マーク及びアラインメント方法は全て実施例一と一致するため、ここで説明しないようにする。
実施例四
実施例一と異なり、実施例四には、アラインメントマークが米字型のマークである。実施例一と比較して、実施例四は米字型のアラインメントマーク（図に示されていない）を提供することによって、ユーザの様々なニーズが満足され得る。
実施例一と異なり、実施例四には、アラインメントマークが米字型のマークである。実施例一と比較して、実施例四は米字型のアラインメントマーク（図に示されていない）を提供することによって、ユーザの様々なニーズが満足され得る。
実施例四には、上記説明の他に、マーク及びアラインメント方法は全て実施例一と一致するため、ここで説明しないようにする。
要約すると、本発明の焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマーク及びアラインメント方法を公開することで、アラインメントマークに対する高精度の焦点合わせとレベリングが実現できる。一方では、焦点合わせを実現するとともに傾斜のマークに対する影響を排除することによって、測定再現性が向上する。もう一方では、歪みが如何に測定再現性に影響を与えるかを分析し、またそれに基づきアラインメントマーク幅のための制約条件を得られるため、測定再現性が更に向上する。
上述の実施例は、本発明の好ましい態様を示すものだけであって、本発明を限定するものではない。全ての当業者によって、本発明の技術構成の範囲を逸脱せずに、本発明で説明した技術構成と技術内容に対するあらゆる形の同等な代替や修正などの変更が、全て本発明の技術の内容から逸脱することなく、本発明の保護範囲の中に入るべきである。
ａ 測定物の傾斜角
Ｄ 誤差
１０ 正方形焦点合わせマーク
３０ 正方形焦点合わせマーク
１１ 水平な格子形焦点合わせマーク
３１ 水平な格子形焦点合わせマーク
１２ 垂直な格子形焦点合わせマーク
３２ 垂直な格子形焦点合わせマーク
２０ アラインメントマーク
ｈ 点像分布関数の幅
１ 一側の焦点合わせマークの最適焦点面
２ アラインメントマークの最適焦点面
３ 反対側の焦点合わせマークの最適焦点面
Ｄ 誤差
１０ 正方形焦点合わせマーク
３０ 正方形焦点合わせマーク
１１ 水平な格子形焦点合わせマーク
３１ 水平な格子形焦点合わせマーク
１２ 垂直な格子形焦点合わせマーク
３２ 垂直な格子形焦点合わせマーク
２０ アラインメントマーク
ｈ 点像分布関数の幅
１ 一側の焦点合わせマークの最適焦点面
２ アラインメントマークの最適焦点面
３ 反対側の焦点合わせマークの最適焦点面
Claims (15)
- 焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークであって、
前記マークはアラインメントマークと少なくとも一対の焦点合わせマークを有し、
前記アラインメントマークの中心はいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上に位置し、
さらに、前記少なくとも一対の焦点合わせマークは最適焦点面の位置を決定することによって、前記アラインメントマークの焦点合わせとレベリングが実現される、
ことを特徴とする焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマーク。 - 前記アラインメントマークは十字型或いは米字型、横棒型或いは縦棒型のマークとすることができる、
ことを特徴とする請求項１に記載のマーク。 - 前記アラインメントマークの中心はいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上の中点に位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマーク。 - 前記アラインメントマークは、離散化する要素のサイズより大きい線幅を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマーク。 - 前記アラインメントマークの線幅は、点像分布関数の幅の二倍より大きい、
ことを特徴とする請求項４に記載のマーク。 - 前記焦点合わせマークは正方形或いは格子形の焦点合わせマークとすることができる、
ことを特徴とする請求項１に記載のマーク。 - 前記格子形焦点合わせマークは水平或いは垂直な格子形焦点合わせマークとすることができる、
ことを特徴とする請求項６に記載のマーク。 - 前記焦点合わせマークは一対の前記正方形焦点合わせマークと、一対の前記水平な格子形焦点合わせマークと、一対の前記垂直な格子形焦点合わせマークとを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマーク。 - アラインメント方法であって、
（１）工作物上にn組の焦点合わせと傾斜補正のデザインを有するマークを形成し、各組の前記マークがアラインメントマークと、少なくとも一対の焦点合わせマークとを有し、前記アラインメントマークの中心がいずれかの一対の前記焦点合わせマークを互いに連続する線上に位置する；
（２）アラインメントシステムを使用して、各組前記マークに対して初期アラインメントを実行する；
（３）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させ、焦点面の判断基準と最適焦点面を確定する方法に従って、各組マークにおける少なくとも一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を取得し、ここで、ＰｉとＱｉがそれぞれ第ｉ組のマークにおける一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置であり、さらに、ｉ＝１，２，…，ｎであって、且つｎ≧３である；
（４）各対の前記焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝及び各対前記マークに対応する水平方向距離Ｄｉｓ（Ｐｉ，Ｑｉ）に従って、各組前記マークにおける前記アラインメントマークの最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉを取得し、ここで、
（５）各前記アラインメントマークの最適焦点面の位置の初期値Ｍｉ及びそれの傾斜の初期値Ｔｉに従い、平均値フィルタリング或いはミディアンフィルタリング方法を使用することで前記工作物の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔを確定する；
（６）前記工作物の最適焦点面の位置Ｍ及びそれの傾斜Ｔに基づいて、ワークテーブルを垂直方向に移動させることにより、各前記アラインメントマークの垂直方向位置が補正される、
といったステップを含むアラインメント方法。 - 焦点面の判断基準を決定する方法は、勾配振幅による方法と点像分布関数の幅による方法の二つを有する、
ことを特徴とする請求項９に記載のアラインメント方法。 - 前記焦点合わせマークは正方形或いは格子形の焦点合わせマークとすることができる、
ことを特徴とする請求項１０に記載のアラインメント方法。 - 前記格子形焦点合わせマークの前記焦点面の判断基準は前記マークの画像の勾配振幅である、
ことを特徴とする請求項１１に記載のアラインメント方法。 - 前記正方形焦点合わせマークの前記焦点面の判断基準は前記マークの点像分布関数の幅である、
ことを特徴とする請求項１１に記載のアラインメント方法。 - 前記各組マークにおける少なくとも一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を得る方法は、
（１）所定距離に従ってワークテーブルを垂直方向に移動させる；
（２）各垂直方向の段階的な移動位置で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）近似曲線から前記各対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置を算出する；
といったステップを含む、
ことを特徴とする請求項９に記載のアラインメント方法。 - 前記各組マーク中の少なくとも一対の焦点合わせマークの最適焦点面の位置｛Ｐｉ，Ｑｉ｝を得る方法は、
（１）前記焦点面の判断基準値とワークテーブルの垂直方向位置の関係をキャリブレーションする；
（２）現時点のワークテーブルの垂直方向位置上で画像をキャプチャする；
（３）前記画像から焦点面の判断基準値を抽出する；
（４）前記キャリブレーションされた関係と抽出した焦点面の判断基準値に基づき、現時点のワークテーブルの垂直方向位置における前記ワークテーブルから焦点面までの距離ｄを取得する；
（５）現時点のワークテーブルの垂直方向位置を維持しつつ、ワークテーブルを垂直方向にそれぞれｄと−ｄ移動させ、またそれぞれ画像をキャプチャすることによって、焦点面の判断基準値Ｖ１とＶ２を取得する；
（６）Ｖ１とＶ２を比較することにより、前記各対焦点合わせマークの最適焦点面の位置を確定する；
といったステップを含む、
ことを特徴とする請求項９に記載のアラインメント方法。
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