JPH044410A - 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、半導体露光装置におけるウェハとレチクルの
相対位置合わせ方法に関する。

［従来の技術］ 半導体露光装置におけるウェハとレチクルの相対位置合
わせ方法においては多種の媒介変数（パラメータ）が存
在しており、同時に、媒介変数の変化にしたがい位置合
わせ精度が変化することが知られている。このような媒
介変数の作る空間は媒介変数多様体と呼ばれている。

半導体製造の分野においては、近年、ＬＳＩ素子や超Ｌ
ＳＩ素子等半導体素子の高集積化およびパターンの微細
化の要求により、半導体露光装置に対して高い位置合わ
せ精度が要求されている。

ステップ・アンド・リピート半導体製造装置（以下ステ
ッパ）における媒介変数多様体の次元数は、複雑な要因
のため有限ではあるが多大である。画像データを使った
相対位置合わせにおける媒介変数としては、例えばウェ
ハやレチクル等の光学的位置、ウェハ上のショットの位
置、および位置検索における諸パラメータ等がある。本
出願人は、先にウェハとレチクルとの相対位置合わせに
おける精度を表わす誤差関数をウェハ上のショット位置
との関係において最小にする試みを特願平１−１１５６
８４号として、また、光学的位置を位置合わせのために
制御しようとする方法を特願平１−２９９５８２号とし
て出願した。さらに、位置合わせにおける位置合わせ方
法については、公知のＦＦＴ（高速フーリエ変換）を使
用した位相検出方法を例えは平成２年３月３０日付特許
出願「位置合わせ方法」　（以下、先願Ａという）とし
て出願した。

この先願Ａに記載した位相検出方法を第６図〜第８図を
参照しながら説明する。半導体露光装置（第６図）に対
してピッチ情報を持ったウェハ上の平行マーク（第６図
のＭ）は光学系を経た後にＣＣＤカメラ１５とＡ／Ｄ変
換装置１６によって得られる２次元画像情報（第７図Ａ
のＦ）に対して第７図ＡのＭｏのように見える。マーク
像Ｍ゛に対して窓７１内の画像情報なｙ方向に積算して
得られる１次元波形データ（第７図Ｂ）をいくつかのパ
ラメータを使って波形整形する。波形整形された前記１
次元波形データを２ｎ個のアドレスを持つ１次元配列に
埋め込み、前記配列に対して公知のＦＦＴを掛け、周波
数領域におけるフーリエ係数を得る。前記フーリエ係数
よりフーリエ係数の絶対値（第８図Ａ）および予め与え
られた原点に対しての位相分布（第８図Ｂ）を得る。得
られた周波数強度においてマークピッチあるいはマーク
ピッチの整数（ｋ）分の１の波長に相当する周波数領域
の最大値周波数Ｐｋを補間手段を使用して求め、求めた
最大値点に相当する位相を位相分布より算出してその値
を検出すべき位置とする。

［発明が解決しようとする課題］ 相対位置合わせが半導体製造プロセスに対して依存性を
持つことは一般に知られているか、与えられた半導体製
造プロセスに対して自動的に位置検出時に諸パラメータ
を決定する方法は知られていない。このため、前記先願
Ａの位相検出方法等の従来例においては、適切なパラメ
ータをウェハまたは半導体製造プロセスに依存して決定
することができなかった。

本発明の目的は、上述した従来例における問題点に鑑み
、半導体露光装置におけるウェハとレチクルの相対位置
合わせの際使用される媒介変数（パラメータ）として適
切な値を決定する方法、特にウェハまたは半導体製造プ
ロセスに依存して決定される適切なパラメータを決定す
る位置合わせ方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を達成するため、本発明の位置合わせ方法で
は、ウェハとレチクルの相対位置合わせにおいて前記位
置合わせ精度を最小にするためレチクル上の位置検出用
第一マークとウェハ上の同第２マークとの相対位置合わ
せをする際、マーク内の複数の計測点で位置検出を行な
い、これらの検出結果に対し統計処理等の前処理を施し
た後、各計測点の検出位置の分散に着目して前記位置検
出において使用される媒介変数を変化させ、前記分散が
最小となる媒介変数を前記位置検出の最適媒介変数とし
て採用することを特徴としている。

前記統計処理は、例えば、前記位置検出結果を第１マー
クおよび第２マークの形状と計測点の位置を考慮に入れ
て行なわれる。また、前記媒介変数は、この統計処理の
後に求められる前記位置合わせ精度に関係する偏差値に
対して、前記相対位置合わせにおいて使用される媒介変
数を自動的に変化させ、前記偏差値（分散）が最小とな
る媒介変数が前記位置検出の最適媒介変数として採用さ
れる。

［実施例コ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

ここでは前述の位相検出方法を利用した適切パラメータ
決定方法について述べる。

第１図は、本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置の
概念図である。

同図において、Ｗはウェハ、Ｍはマスク上アライメント
マークとなるパターン、Ｒはレチクルである。パターン
Ｍは、所定ピッチで平行に配列された複数の棒状パター
ンからなる。また、１０はウェハＷを搭載してＸＹ力方
向ウニへ面と平行な方向）およびＺ方向（光軸方向）に
穆動可能なウェハステージ、１１は投影光学系（例えば
縮小レンズ）、１２はアライメント照明系（例えばレー
ザ光源）、１３はハーフミラ−１１４は検出光学系、１
５は撮像装置であるＣＣＤカメラ、１６はＡ／Ｄ変換装
置、１７は積算装置、１８はＦＦＴ（高速フーリエ関数
変換）演算装置、１９は周波数強度検出装置、１１０は
位相検出装置、１１１はずれ量検出装置、１１２は最適
パラメータ決め装置である。

第１図の露光装置は、第６図に示す装置に対して、第６
図の位置合わせ制御装置６１を最適パラメータ決め装置
１１２て置き換えた構成となっている。

周波数強度検出装置１９は、ＦＦＴ演算装置１８から出
力されるデータに基づいて積算装置１７から出力される
１次元波形データの対称度を評価したり、周波数係数の
最大値を検出する。

位相検出装置１１０は、周波数強度検出装置１９の出力
に基づいて対応する位相により表わされるパターンＦの
位置を検出し、この検出結果に基づいてずれ量検出装置
１１０で検出されるずれ量をウェハステージ１０を駆動
することにより補正する。すなわち、位置合わせ制御を
行なう。

第１図の半導体露光装置においては、ピッチ情報をもっ
たウェハ上の平行マークＭを１１゜１３．１４からなる
光学系を経た後にＣＣＤカメラ１５とＡ／Ｄ変換装置１
６によって第２図Ａに示すような２次元画像情報Ｆに変
換する。得られたマーク像Ｍ′に対して、前記先願Ａの
位相検出方法におけると同様に、垂直方向（ｙ方向）に
積算を行ない、第２図Ｂに示すような時間（または距離
）に対する濃度の１次元波形データを得るが、その際、
積算する窓２１を複数個番号付きで用意しそれぞれに相
当する複数個の１次元波形データ（図２Ｂ）を得るよう
にする。すなわち、先願Ａでは１つの画像から、１つの
１次元波形データを得ていたが、この実施例では、窓２
１の数の１次元波形データを得ている。

次に、得られた各１次元波形データを予め与えられた原
点に対して両側に予め知られたマークピッチλｐ　（例
えば約１０μｍ）の９倍の地点で切断して波形の中央部
のみを取り出し、２°個のアドレスを持つ１次元配列に
埋め込む。前記配列に対してフーリエ変換（ＦＦＴ）を
掛は周波数領域におけるフーリエ係数（すなわち１次元
波形の各周波数成分の振幅）を得る。前記フーリエ変換
より周波数領域における強度（周波数成分の振幅）およ
びその周波数成分の時間領域における位相を得る。マー
クピッチλいあるいはマークピッチの整数分の１の波長
に相当する周波数成分のうち、前記フーリエ係数の絶対
値が最大値となる周波数成分を補間手段を使用して求め
、求めた周波数成分の時間領域における位相を検出すべ
き位置とする。

この時、窓２１の数に応じて複数個の位置検出結果を得
る。得た結果に対して最適パラメータ決め装置１１２に
おいて以下の処理を行なう。

前記の結果に対してマークが画面基準に対して斜めに傾
いている（第３図）こと、および算出された結果が積算
するときに用いた対応する窓の位置に依存する（第３図
）ことを考慮にいれて統計処理する。つまり、第４図に
おいて、横軸かマーク平行方向の位置に、縦がマーク垂
直方向の位置に、それぞれ相当するので、第４図に示す
ように、算出結果を表わす各点に対して最小２乗直線を
引き、直線からのズレの分散値を計算値を計算する。値
はショット間の精度の十分の１程度となる。この分散値
を基準にして波形整形におけるパラメータρを変化させ
、前記同様の手順を経て、得られるρに応答する分散が
ρの変化に対して最も小さくなるようなパラメータρ。

（第５図）を最適パラメータとして採用する。

このようにして１つのショット内の１つのマーりのみを
使用して最適パラメータを決定することができた。

実際は、最適パラメータが １）半導体製造工程の依存性が高いこと、および ２）ウェハ上のマークにも依存性かあること、を考慮に
入れ、前者の依存性にのみ着目し、後者の依存性につい
ては統計処理を行なって平均化する。

つまり、先に処理していたウェハと半導体製造工程の違
うウェハの１枚目に対して、ウェハ上位置的に一様にな
るように数ショットのマークを検査しマーク毎に上記最
適パラメータ決定方法を使い、各マークに対する最適パ
ラメータを決定した後に統計処理を行なう。異常値を除
いて平均化を行なうこととなる。

［他の実施例］ 上述の実施例において示されたように、決定する媒介変
数として光学的位置を採用することもてきる。光学的位
置を媒介変数として前述と同じようにして位相検出法に
よる位置検出を行ない、得られた結果についてマークが
画面基準に対し、マークが斜めに傾いていることと、算
出された結果が精算するときに用いた対応する窓の位置
に依存することを考慮に入れて統計処理をし、算出結果
の偏差を求める。この偏差を基準にして光学的位置を変
化させ前記偏差が最も小さくなるように光学的位置を決
定する。

また、実施例においてはウェハ上のマークについて記述
したが、レチクルマークについても同様にして最適パラ
メータを得られることは容易に推測し得る。

さらに、上記の例においては位相検出法を使用して波形
の切断パラメータおよび適切光学位置（焦点位置）を決
定する方法について説明したが、本発明の適用範囲は、
これらの検出法やパラメータには限定されない。例えは
、自己相関を使用した相対位置合わせ方法や走査線を一
次元信号としてみるような相対位置合わせ方法について
も種々の媒介変数が存在する。それらの媒介変数につい
ても本発明を使用すれば適切な媒介変数を見つけること
ができる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、クエへとレチクルの相
対位置合わせにおいて上記のように複数の計測点で位置
検出を行ない同数の位置検出結果を得、前記位置検出結
果を第１マークおよび第２マークの形状と計測点の位置
を考慮にいれた統計処理した後に求められる前記位置合
わせ精度に関係する偏差値に対して、前記相対位置合わ
せにおいて使用される媒介変数を自動的に変化させ前記
偏差値が最小となる媒介変数を前記位置検出の媒介変数
として採用することにより、媒介変数を位置検出に最適
のものとでき、それによりウェハとレチクルの相対位置
精度を向上させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置の
要部概略図、 第２図Ａは、第１図の装置において撮像装置により撮像
されたパターンの像を示す説明図、第２図Ｂは、パター
ンの積算データの説明図、第３図は、パターンが斜めに
撮像された様子を示す説明図、 第４図は、第１図の装置における窓と検出値との関係を
示すグラフ、 第５図は、第１図の装置における切断パラメータと検出
位置の第４図の直線からのずれとの関係を示すグラフ、 第６図は、従来の縮小投影露光装置の要部概略図、 第７図Ａは、第６図の装置におけるパターン検出処理の
説明図、 第７図Ｂは、第６図の装置におけるパターン積算データ
の説明図、 第８図Ａは、第６図の装置におけるピークまわりの周波
数強度を示すグラフ、そして 第８図Ｂは、第６図の装置におけるずれ量の説明図であ
る。 Ｗ　ウェハ Ｍ　パターン（ウェハ上アライメントマーク）Ｒ・レチ
クル Ｆ　パターンＭの撮像された像 Ｍｏ　撮像されたパターン 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　：　ＣＣＤカメラ（撮像装置） １６　：　Ａ／Ｄ変換装置 １７　積算装置 １８：ＦＦＴ演算装置 １９・対称度評価演算および最大値検出装置１１０　位
置合わせ制御装置 １１１・ずれ量検出装置 １５　　。 １１２・最適パラメータ決め装置 ２１．３１．３２＋窓 ６１：位置合わせ制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体露光装置におけるウェハとレチクルの相対
   位置合わせにおいて前記位置合わせ誤差を最小にするた
   めレチクル上の位置検出用第１マークとウェハ上の同第
   ２マークとの相対位置合わせをする際、マーク内の複数
   の計測点についてマーク位置検出を行ない、これらの検
   出結果に対し統計処理等の前処理を施した後、各計測点
   の検出位置の分散に着目して前記位置検出において使用
   される媒介変数を変化させ、前記分散が最小となる媒介
   変数を前記位置検出の最適媒介変数として採用すること
   を特徴とする位置合わせ方法。