JPH0423421A - 位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はパターン位置合わせ方法、例えば、半導体ＩＣ
やＬＳＩを製造するための露光装置において、クエへと
マスクの相対位置を検出し位置を制御するための位置合
わせ方法に関する。

［従来の技術］ 半導体ＩＣやＬＳＩは、最近ますます集積度が高まり素
子の微細パターンの寸法はサブミクロンのオーダになっ
ている。

従来の露光装置の位置合わせとして、例えば、特開昭６
２−２３２５０４号に提案されているパターンマツチ検
出法がある。

従来の２次元パターンマツチ検出法を利用した装置にお
いて照明光学系によりウェハパターンを照明し反射光は
撮像装置に結像する。撮像装置によって得られた２次元
電気化号をＡ／Ｄ変換装置により画素のＸＹアドレスに
対応した２次元離散ディジタル信号列に変換した後、２
値化装置によって分割２値化しマツチング装置によって
２値画像に対して装置内に予め記憶されたテンプレート
とのパターンの相関を見る２次元パターンマツチングを
行ない相関度の最も高い１．２画素の精度のマーク中心
を算出する。一方、多値画像を積算装置によって所定の
大きさの２次元のウィンドウ内でパターンに直角な方向
に画素積算し１次元離散電気信号を得る。次に必要な精
度を達成するために位置検出装置によって、上記１次元
離散電気信号について、パターンマツチングによって得
られたマーク中心廻り数画素に対して補間手段を使用し
分解能を高めた後、その位置を出力し、位置合わせ制御
装置によって、その値に基づいてウェハの位置を制御し
て位置合わせを行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例ではマークの像は上に塗られ
たレジストの塗布むらや、照明むらなどのノイズの影響
を受は歪むことがあり、Ｓ／Ｎの悪化により検出精度を
低下させる要因となる。また、半導体製造工程によって
クエへのマークの光り具合の変化に依存してしまう。そ
のためテンプレートを多く必要とし、また誤検知の原因
となっていた。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、半導体製造工程にかかわらず常に安定した高精度の
位置合わせが可能な位置合わせ方法の提供を目的とする
。

［課題を解決するための手段および作用コ木発明によれ
ば、撮像手段により第一の物体上に形成されたパターン
を撮像して得た映像信号に対して所定の大きさの２次元
のウィンドウを設定し、上記ウィンドウ内で映像信号を
２次元座標のつの方向に関して積算し１次元投影積算信
号を得る。積算信号に対して評価用１次元窓を用意する
。１次元窓内の積算信号に対してマークの断面形状を考
慮に入れたパターンマツチングを行なう。その際に各点
に対して、最小自乗近似法によってマツチングする積算
信号とテンプレートの差を最小にした後に、積算信号と
テンプレートとの差の絶対値の１次元窓内の和の逆数と
テンプレートとの近似の際に利用した幾何学的情報との
積をもってその相関度とする。相関度の最も高い値を持
つ点をもって、マークの位置合わせの中心として検出し
位置合わせを行なったものである。

［実施例］ 以下、本発明を図に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。第１図は本発明が適用されるウェハの位置合わせ
を行なう装置の一実施例を示す。

図においてＷは表面に位置検出パターンを形成した半導
体ウェハであり、Ｍは位置検出パターン、１０はウェハ
をｘ、ｙ１θ方向およびＺ方向に８動させるウェハステ
ージ、１１は投影光学系でありレチクル８面上の回路パ
ターンをウェハＷ上に投影する。１２は照明系であり、
パターンＭを照明する。１３はハーフミラ−１４は検出
光学系であり所定の倍率てパターンＭの像を撮像装置１
５の撮像面に結像させる。本装置では、予め適当な検出
手段によって投影光学系１１、検出光学系１４、および
撮像装置１５に対するレチクルＲの相対位置が求められ
ている。そこで、位置合わせな行なうには、パターンＭ
の像の撮像装置１５の撮像面での位置を検出すれば良い
。撮像装置１５は、例えばＩＴＶ、２次元イメージセン
サなとの光電変換装置であり撮像した像を２次元の電気
信号に変換するものである。第２図は、撮像装置１５に
結像したパターンを含むウェハの領域の説明図である。

第２図のＭは検出パターンであり、パターンの位置検出
をする方向を図においてＸ方向とする。求めようとする
パターン中心に対しパターンのＸ方向の断面形状は第２
図（ｂ）のようになる。２２はレジスト、２３はクエへ
である。撮像装置１５によって２次元の電気信号に変換
されたパターン像は、第１図のＡ／Ｄ変換装置１６によ
って、投影光学系１１と検出光学系１４の光学倍率およ
び撮像面の画素ピッチにより２次元の装置上の画素のＸ
Ｙ方向のアドレスに対応した２次元離散電気信号列に変
換される。第１図の１７は窓設定装置であり、第２図に
示すように、パターンＭを含む所定の２次元のウィンド
ウ２１を設定する。１８は積算装置であり、窓２１内に
対し第２図（ａ）で示すｙ方向にウィンドウ２１内で画
素積算を行ない、第２図（ａ）に示すＸ方向に離散的な
電気信号列ｓ　（ｘ）を出力する。

このようにして得られた積算信号（以下は原波形と呼ぶ
）はマークの断面形状第２図（ｂ）に従い、またレジス
ト厚とレジストおよびウェハの反射、吸収率に依存して
第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）のようになる。

そのためパターンマツチングを行なうためにはテンプレ
ートとしては第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）の
それぞれに対応するものを用意する必要がある。本発明
は、第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）の実線部を
使用する。各々の曲線は放物線によって構成されている
。

次にテンプレートマツチングの方法について以下に説明
する。

まず、原波形に対して窓設定装置によって１次元窓を設
ける。窓は４つの部分から成り立フている。また窓は、
本実施例においてはＸ１点の廻りに対称的に取る。それ
ぞれを第５図に従いＷ　１ｒｓＷ　２ｒｔ　Ｗ　２Ｑｔ
　Ｗ　１Ｂと呼ぶ。Ｗｌ、とＷｌｒおよびＷ２゜とＷ２
ｒはそれぞれ対になっている。一般的にば、Ｗ　Ｉ　Ｑ
、　Ｗ　１ｒ、Ｗ　２Ｑ、Ｗ２ｒの４個はそれぞれ必ず
しも等しい長さを持つ必要はない。本実施例は等しくし
ている。ＸＩ廻りのＷｌＱとＷｌｒの窓内とｗ２Ｑ、　
ｗ２ｒの窓内でそれぞれ独立にテンプレートを最小自乗
近似法で、原波形に近似する。ｘｌの廻りの（ＸＩをパ
ラメータとしてもつ）ＷμｒとＷ、Ｌ、（μ＝１．２）
とでテンプレートとして同一の型を使用するようにテン
プレート決定を行なうため、ｘｌをパラメータとしても
つ自乗誤差関数として Ｕ鉢　（ａ川　、ｙルｏｌＸ＋） ＝干、Ｉｓ　　（ｔＪ）　　ｙμ（ｔＪＩＸＩ）ｌ　　
；ｔ　Ｊ　　Ｅ　ＷｇｒＵ、ｗｕＪｘ＋　　、　（μ＝
１．　２）・・・・（１） 但し ｙｕ（ｔ、＋ｌｘ＋）＝ａｕ（ｔ、＋　　　ｘＩ）　２
＋ｙｇ。

（μ＝１．２） ・・・・（２） を定義する。このときａＩＬ　、！’　ｎｏをＵが最小
となるよう選ぶ。ａμ＝ａμ（ＸＩ）、３１’（１１＝
ｙｏ、Ｌ（ｘＩ）であることに注意する。求めたａＬＬ
ｙ、Ｌｏに対して ｅ　（ＸＩ）＝ｌａ＋　　−ａ２　ｌ／ｄ（ｘＩ　）・
・・・（３） ｄ（ｘＩ）ミ［ｉ、ｌ　Ｓ　（ｔＪ）　　’ｊｕ　（ｔ
ａｌＸ＋）ｌ］・［ｉ、ｌ、ｓ　（ｔＪ’）　　ｙｇ　
（ｔｊ’ｌ　ｘ＋Ｎ］；１ｊεＷ　＋ｒＵ　Ｗ　＋Ｊｘ
＋　＋　　　　　　”　”　（４）ｔ　ｊ１６Ｗ　２ｒ
Ｕ　Ｗ　２Ｑｒｘ。

とする。ａｌ、ａ２は曲率に相当し、ｄ（ＸＩ）は近似
の度合を示している。上述の式（１）、（２）によって
パラメータを決める演算および式（３）、（４）または
後述の（３）′の演算を評価値演算装置１９（第１図）
で行なう。このとき第６図（ａ）の原波形に対しｅ（ｘ
Ｉ）は第６図（ｂ）のような形となる。ズレ量演算装置
１１０においてｅ（ｘ、）の最大値を指す点の廻りに補
間して精度を高め最大値廻りの中心を求めそれをマーク
中心とする。その後位置合わせ制御装置１１１で定める
位置にウェハを駆動する。

ここで（３）の式でｅ（ｘ、）の代わりにｅ’（ｘＩ　
）ＥＢ＋’＋　ａ２２／Ｕ＋・Ｕ２”・・（３）’。

としてもよい。

上記実施例においては、式（１）に対して式（２）を使
用したが（２）の代わりに ｙ、、（ｔｌ） μ＝　１　、２　　　　　・・・・（２）′を使用して
もよい。図形的には第７図（ａ）の中身７０部分（長さ
２Ｌ）を削除することに相当する。つまり、第７図（ａ
）を各ｘ１に対して第７図（ｂ）として見なすこととな
る。

前記実施例の式（１）（２）（３）（４）の代％式％） に対して最小となるα、β、γを求め、ｅ（４１（ｘ　
）　＝　α２　／　Ｕ（４１としてもよい。これは、第
３図の波形に対して第４図の代わりに４次関数でテンプ
レートを作ったことに対応する。

半導体製造工程においては、レジストとウェハとの多重
反射によって、いわゆる“隈°゛という現象がおこる。

つまり、原波形で表すと第８図（ａ）のようになる。矢
印８ｏがマーク中心である。マークの廻りに明るい部分
が干渉のためにできている。

この時、本実施例で使用したｅ　（ｘ）式（３）、（４
）を計算すると、第８図（ｂ）のようになる。ここで、
限のためにｅ（Ｘ）が、マーク中心以外のところで極値
をもつ。そのため以下の条件文でマーク廻りの原波形の
状態が第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の区別をする。

式（１）（２）で求めたａｌ、ａ２に対してもしくａｌ
＞Ｏ△ａ２＞Ｏ）なら第３図（ａ）型、もしくａ、＜０
△ａ２＞Ｏ）なら第３図（ｂ）型、もしくａｔ＞Ｏ△ａ
２＜０）なら第３図（ｃ）型、もしくａｌ＜０Δａ２＜
０）なら第３図（ｄ）型。

このことによって第８図のような状況においてマーク中
心な限の影響を受けずに判断できる。つまりズレ量演算
装置１１０において数個のｅ　（ｘ）の極値に対して第
８図の例においては、第３図（ｃ）型であることを必要
条件として付加してマーク中心判断を行なう。

また、本実施例において窓Ｗμｒ＋　ｗユ交は点ｘｉの
廻りに対称に取ったが、マークの形状によっては必ずし
もその限りではない。

［発明の効果］ 本発明を使用することによってウェハの位置合わせマー
クの光り具合、つまり積算波形の型によらず（すなわち
、半導体製造工程は依存せず）、安定した位置合わせを
実現し得る。

また、最小自乗法による関数近似を行なフた後にパター
ンマツチングを行なうため、Ｓ／Ｎに強く、精度が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用される露光装置の一例の要部概
略図、 第２図（ａ）および（ｂ）は、撮像装置に撮像したウニ
へ面の説明図およびその断面図、第３図（ａ）、（ｂ）
、（ｃ）および（ｄ）は、パターン積算データの各々別
の例の説明図、第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）および（
ｄ）は、本発明のテンプレートの各々別の例の説明図、 第５図は、本実施例の１次元窓の説明図、第６図（ａ）
および（ｂ）は、パターンの積算データ説明図およびそ
の評価関数の説明図、第７図（ａ）および（ｂ）は、本
発明の別の実施例の説明図、 第８図は、本発明のさらに別の実施例の説明図である。 Ｗ：ウェハ Ｍ：パターン Ｒニレチクル １０：ウェハステージ １１：投影光学系 １２：照明系 １３：ハーフミラ− １４；検出光学系 １５：撮像装置 １６　：　Ａ／Ｄ変換装置 １７：窓設定装置 １８：積算装置 ：評価値演算装置 ：ウインドウ ：レジスト ：ウエハ ト位置合わせ制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像手段により第一の物体上に形成されたパター
   ンを撮像して得た映像信号に対して所定の大きさの２次
   元のウィンドウを設定し、上記ウィンドウ内で映像信号
   を２次元座標の一つの方向に関して積算し１次元投影積
   算信号を求め、この積算信号に対して評価用１次元窓を
   用意し、この１次元窓内の積算信号に対してマークの断
   面形状を考慮に入れたパターンマッチングを行なう位置
   合わせ方法において、前記パターンマッチングの際に各
   点に対して、最小自乗近似法によってマッチングする積
   算信号とテンプレートの差を最小にした後に、「１次元
   窓内の積算信号とテンプレートとの差の絶対値の和の逆
   数」と「テンプレートとの近似の際に利用した幾何学的
   情報をもった値」との積をもってその相関度とし、相関
   度の最も高い値を持つ点をもって、位置合わせの中心と
   する位置合わせ方法。