(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物体上の第１のマ−ク、及び第２の物体上にある第２のマ−クに光束を照射し、該２つのマ−クにより透過、反射または回折されて形成される前記光束の複数個のスポット像より前記２つの物体の相対位置を検出する位置合わせ装置において、
前記複数個のスポットの各重心位置を検出し、該重心位置より第１のアライメント量を求めると共に、
該第１のアライメント量と、
前記第１、第２の物体の位置関係及び前記照射光束と第１のマ−クの位置関係に基づく信号とを入力としてファジイ推論によって該第１のアライメント量の補正量となる第２のアライメント量を前記第１のアライメント量の１次の関数として求め、該第１及び第２のアライメント量を用いてアライメントを行うことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記第１の物体はマスクであり、第２の物体はウエハであることを特徴とする請求項１の位置あわせ装置。
【請求項３】
請求項１または２の位置合わせ装置を有することを特徴とする半導体露光装置。
【請求項４】
第１の物体上の第１のマ−ク、及び第２の物体上にある第２のマ−クに光束を照射し、該２つのマ−クにより透過、反射または回折されて形成される前記光束の複数個のスポット像より前記２つの物体の相対位置を検出する位置合わせ方法において、
前記複数個のスポットの各重心位置を検出し、該重心位置より第１のアライメント量を求めると共に、
該第１のアライメント量と、
前記第１、第２の物体の位置関係及び前記照射光束と第１のマ−クの位置関係に基づく信号とを入力としてファジイ推論によって該第１のアライメント量の補正量となる第２のアライメント量を前記第１のアライメント量の１次の関数として求め、該第１及び第２のアライメント量を用いてアライメントを行うことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項５】
前記第１の物体はマスクであり、第２の物体はウエハであることを特徴とする請求項４の位置あわせ方法。
【請求項６】
請求項１または２の位置合わせ方法で位置合わせを行ことを特徴とする半導体露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子製造に際し用いられる露光装置で行われる位置合わせ装置及びそれを用いた位置合わせ方法に関し、特に自動位置合わせ、所謂オ−トアライメント技術において、マスク上に形成されている微細な電子回路パタ−ンをウエハ上に転写する際の両者の相対的な位置ずれの補正システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣやＬＳＩ  等の半導体素子の製造においては、何種類ものパタ−ンを重ね合わせて最終的な素子が形成される。露光するパタ−ンは通常マスクの上に形成されており、それ以前の工程でウエハ上に既に形成されているパタ−ンに対して該マスク上のパタ−ンを高精度で位置合わせして露光する工程が繰り返される。このような位置合わせ、即ちアライメント方法には従来種々の方法が知られている。図６は２つのグレ−ティングを用いたアライメント方法を示す図で、特開平２−１５０６号公報に詳述されているものである。
【０００３】
本方法では近接して配置されるマスク、ウエハの双方に各々グレ−ティングパタ−ンを配置し、２つのグレ−ティングレンズに照射した投光ビ−ムの結像位置をラインセンサで受光する。該ビ−ムは２つのグレ−ティングで異なる回折を受け、ラインセンサ上に２つのスポットを形成する。１を１次の回折、０を０次の回折を表すものとして、マスク、ウエハ、マスクと通過する順に回折の仕方を数字で表すと、１１０回折と０１１回折が検出される２つのスポットである。異なる光路を経由した該２つの光の重心位置の差に基づいてマスクとウエハの位置ずれ量が求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図６に示した従来のアライメント方法においてはマスクとウエハの間隔であるギャップの値が変動すると、アライメントセンサであるラインセンサ上のスポットの重心位置が変動し、マスクとウエハの相対位置ずれ量の測定精度が悪化する。ギャップの変動はギャップを調整する駆動装置の精度の影響を受ける。またスポットの重心検出を行うアライメントヘッドの機械的精度、あるいは各々のスポットを形成する１１０回折と０１１回折の２つの回折光の倍率の違い、干渉なども測定精度に影響を与える。更に投光ビ−ム位置がマスクに対して相対的に変動しても、同様にスポットの重心位置が変動してマスクとウエハの相対位置ずれ量の測定精度が悪化する。これらのギャップのずれや投光ビ−ムの位置ずれ等の要因が前記位置ずれ量の測定精度、即ちアライメント精度に与える寄与率は光学系における物理現象が複雑であるため非線形で、補正量を求めることが困難である。
【０００５】
アライメント量の補正では既に特開平１−２０７６０４号公報にファジィ推論を用いることが提案されている。図７はその補正原理を示すもので、マスクとウエハのギャップずれΔＧから算出される補正量１と、マスクに対する投光ビ−ムの相対位置ずれＭ／Ｐから算出される補正量２との加算により補正量が求められる。しかしながら本発明の対象となる装置ではΔＧとＭ／Ｐそれぞれに対する補正量が独立に求められず、両者が互いに干渉しあうため、図７のように単純な計算式で補正してアライメント精度を向上させることは困難である。このような場合には図８に示すようにΔＧとＭ／Ｐに対する補正量を分離せず、アライメント精度に対する両者の非線形な寄与率まで加味した形で補正量を決定する方式が必要である。
【０００６】
本発明ではこのような従来技術の問題点に鑑み、アライメント動作時のマスク、ウエハ間のギャップずれや投光ビ−ムの位置ずれに関わらず、高精度な位置合わせを可能にする位置合わせ装置及び方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明では第１の物体上の第１のマ−ク、及び第２の物体上にある第２のマ−クに光束を照射し、該２つのマ−クにより透過、反射または回折されて形成される前記光束の複数個のスポット像より前記２つの物体の相対位置を検出する位置合わせ装置において、前記複数個のスポットの各重心位置を検出し、該重心位置より第１のアライメント量を求めると共に、前記第１物体と第２物体の位置関係及び前記照射光束と第１のマ−クの位置関係に基づいて前記第１のアライメント量に対する補正量を求める手段を具備することを特徴とする。更に本発明においては該補正量（アライメント量）を求めるのにファジィ推論を用いることを特徴としている。
【０００８】
本発明では補正量が第１のアライメント量の一次関数で表され、そのゲイン及びオフセットは第１及び第２物体間のギャップずれ及び照射光束と第１マ−ク間の位置ずれに基づいてファジィ推論によって決定されることを特徴としている。ファジィ推論は本装置の場合のように互いに独立でないパラメ−タから補正量を求めるのに適していることが判明し、高精度な位置合わせが可能となった。
具体的な特徴を述べると、請求項１の発明の位置合わせ装置は、
第１の物体上の第１のマ−ク、及び第２の物体上にある第２のマ−クに光束を照射し、該２つのマ−クにより透過、反射または回折されて形成される前記光束の複数個のスポット像より前記２つの物体の相対位置を検出する位置合わせ装置において、
前記複数個のスポットの各重心位置を検出し、該重心位置より第１のアライメント量を求めると共に、
該第１のアライメント量と、
前記第１、第２の物体の位置関係及び前記照射光束と第１のマ−クの位置関係に基づく信号とを入力としてファジイ推論によって該第１のアライメント量の補正量となる第２のアライメント量を前記第１のアライメント量の１次の関数として求め、該第１及び第２のアライメント量を用いてアライメントを行うことを特徴としている。
請求項４の発明の位置合わせ方法は、
第１の物体上の第１のマ−ク、及び第２の物体上にある第２のマ−クに光束を照射し、該２つのマ−クにより透過、反射または回折されて形成される前記光束の複数個のスポット像より前記２つの物体の相対位置を検出する位置合わせ方法において、
前記複数個のスポットの各重心位置を検出し、該重心位置より第１のアライメント量を求めると共に、
該第１のアライメント量と、
前記第１、第２の物体の位置関係及び前記照射光束と第１のマ−クの位置関係に基づく信号とを入力としてファジイ推論によって該第１のアライメント量の補正量となる第２のアライメント量を前記第１のアライメント量の１次の関数として求め、該第１及び第２のアライメント量を用いてアライメントを行うことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した位置合わせ法のブロック図である。従来は図６に示したようなアライメント系から得られるアライメント信号の重心計算により求めた第１のアライメント量のみを用いていたが、本発明では前記第１のアライメント信号と外部信号を用いて補正計算２を行い、加算回路３により第１のアライメント量と補正計算２を加え合わせて、第２のアライメント量を求めることが特徴となっている。
【００１０】
図２は本発明を適用した実施形態１の位置合わせ方法のブロック図である。実施形態１では外部信号としてマスクとウエハのギャップずれΔＧ、及び第１物体であるマスク上に設けられた第１マ−クに対する投光ビ−ムの相対位置ずれＭ／Ｐを入力としてファジィ推論を用いて補正量を求め、従来から求めている重心計算による第１のアライメント量の補正を行うことを特徴としている。補正を行う量ΔＡＡは第１のアライメント量ｘの一次関数として
ΔＡＡ＝  ａｘ＋ｂ
で表される。ｘに対するゲインａ、及びオフセットｂが外部信号ΔＧ、Ｍ／Ｐを入力としたファジィ推論によって決定されることが本実施形態の特徴である。
【００１１】
ファジィ推論では経験則の記述を行う。これまでの解析結果から補正量となる第１のアライメント量からのずれ量の特性はΔＧとＭ／Ｐの変化に対し定性的に把握されている。ここでは経験則の記述を以下のように行う。例えば
ｉｆ  ΔＧ＝ＮＢ  Ｍ／Ｐ＝ＮＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ１  ｂ＝ｂ１
という規則を例に取る。  ｉｆ  に続く「ΔＧ＝ＮＢ  Ｍ／Ｐ＝ＮＢ」という部分はギャップずれΔＧと投光ビ−ム位置ずれＭ／Ｐに関する条件を記述しているところで前件部、ｔｈｅｎに続く「ａ＝ａ１  ｂ＝ｂ１」というところが決定された係数で後件部と呼ぶ。前件部における条件で「ＰＢ」「ＮＥ」「ＮＢ」はそれぞれ
ＰＢ：正で大、
ＺＥ：ゼロ、
ＮＢ：負で大、
であることを意味する。以上の規則のもとで９つの経験則が次のように記述される。
【００１２】
（１）ｉｆ  ΔＧ＝ＮＢ  Ｍ／Ｐ＝ＮＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ１  ｂ＝ｂ１
（２）ｉｆ  ΔＧ＝ＮＢ  Ｍ／Ｐ＝ＺＥ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ２  ｂ＝ｂ２
（３）ｉｆ  ΔＧ＝ＮＢ  Ｍ／Ｐ＝ＰＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ３  ｂ＝ｂ３
（４）ｉｆ  ΔＧ＝ＺＥ  Ｍ／Ｐ＝ＮＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ４  ｂ＝ｂ４
（５）ｉｆ  ΔＧ＝ＺＥ  Ｍ／Ｐ＝ＺＥ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ５  ｂ＝ｂ５
（６）ｉｆ  ΔＧ＝ＺＥ  Ｍ／Ｐ＝ＰＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ６  ｂ＝ｂ６
（７）ｉｆ  ΔＧ＝ＰＢ  Ｍ／Ｐ＝ＮＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ７  ｂ＝ｂ７
（８）ｉｆ  ΔＧ＝ＰＢ  Ｍ／Ｐ＝ＺＥ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ８  ｂ＝ｂ８
（９）ｉｆ  ΔＧ＝ＰＢ  Ｍ／Ｐ＝ＰＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ９  ｂ＝ｂ９
図２の信号処理部には前件部の内容がΔＧについては図３（Ａ）〜（Ｃ）、Ｍ／Ｐについては図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すメンバシップ関数として格納されている。
【００１３】
メンバシップ関数について図３を用いて説明する。図３で横軸はマスクとウエハのギャップずれΔＧの値、縦軸はファジィ集合で用いる「度合い（グレ−ド）」で０と１の間の値を取り、このような特性をΔＧのメンバシップ関数と呼ぶ。度合い値の境界を決めるΔＧの値はｇ１、ｇ２、ｇ３（ｇ１＜ｇ２＜ｇ３）である。図３（Ａ）は「ΔＧ＝ＮＢ」、（Ｂ）は「ΔＧ＝ＺＥ」、（Ｃ）は「ΔＧ＝「ＰＢ」のメンバシップ関数を示す。
【００１４】
同様に前件部のＭ／Ｐについてのメンバシップ関数が図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されている。度合いの値の境界を決めるＭ／Ｐの値はβ１、β２、β３（β１＜β２＜β３）である。
【００１５】
また後件部のａ１〜ａ９、ｂ１〜ｂ９については計測デ−タから値を読み取り、信号処理部に格納されている。
【００１６】
図５は一例としてΔＧがｇ０（ｇ１＜ｇ０＜ｇ２）、Ｍ／Ｐがβ０（β１＜β０＜β２）の場合のファジィ推論の方法を示す説明図である。ｇｏ及びβ０に対してメンバシップ関数が値を持つのは図３（Ａ）、（Ｂ）と図４（Ａ）、（Ｂ）に対してなので、規則（１）（２）（４）（５）が適用される。即ち、
（１）ｉｆ  ΔＧ＝ＮＢ  Ｍ／Ｐ＝ＮＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ１  ｂ＝ｂ１
（２）ｉｆ  ΔＧ＝ＮＢ  Ｍ／Ｐ＝ＺＥ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ２  ｂ＝ｂ２
（４）ｉｆ  ΔＧ＝ＺＥ  Ｍ／Ｐ＝ＮＢ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ４  ｂ＝ｂ４
（５）ｉｆ  ΔＧ＝ＺＥ  Ｍ／Ｐ＝ＺＥ  ｔｈｅｎ  ａ＝ａ５  ｂ＝ｂ５
である。
【００１７】
規則（１）の適用について示したのが図５（１）である。前件処理部２．２ｃにおいてギャップｇ０が「ＮＢ」に属する度合いは図３（Ａ）のメンバシップ関数のｇｏでの値、即ち図５（１）で言うとｇ０とΔＧのメンバシップ関数「ＮＢ」との交点よりｈ１１となる。同様にβ０が「ＮＢ」に属する度合いは図４（Ａ）のメンバシップ関数のβｏでの値、即ち図５（１）で言うとβ０とＭ／Ｐのメンバシップ関数「ＮＢ」との交点よりｈ１２となる。最終的な規則（１）適用の度合いｈ１はｈ１１とｈ１２の小さい方（ｈ１１∧ｈ１２）とする。そして後件部処理部２．３ｃで後件部ａ１およびｂ１の高さをそれぞれｈ１倍する。
【００１８】
同様な処理を規則（２）（４）（５）についても行う。手順は図５の（２）（４）（５）に示したとおりである。最終的な結論であるアライメント補正直線のゲインａ０、及びオフセットｂ０は加重平均部２．４ｃにおいて、ａｉ、ｂｉを適合度ｈｉで加重平均し、
【００１９】
【数１】
0003548324.tif 000002
により算出される。これより最終的な補正量ΔＡＡは
ΔＡＡ＝ａｏｘ＋ｂ０
で与えられる。
【００２０】
本実施形態で補正を掛けた場合のアライメント精度を検討したところ、補正を掛けない従来例で±０．３３μｍ  （ｐ−ｐ）あった検出精度が、±０．０３μｍと大幅に改善された。
【００２１】
本実施形態ではΔＧあるいはＭ／Ｐに対する補正量をすべて表で持つ必要はなく、幾つかの代表点における最適値のみを試行錯誤で調整して、該調整値をメンバシップ関数で補間すればよい。これによりすべての点を総当たりで調整することに比べて省力化が達成され、エンジニアとのインタフェイスの良さなども期待できる。
【００２２】
本実施形態では後件部の度合い（グレ−ド）決定の際にｍｉｎ−ｍａｘ  重心法を使用する例について説明したが、処理法については代数積−加算−重心法などを使用することもできる。また後件部の形状による分類では簡略化法のほかに、関数型推論法及びファジィ変数などを使用することができる。
【００２３】
また本実施形態では前件部の入力となる外部信号としてΔＧとＭ／Ｐを使用する例について説明したが、外部信号入力はこれらに限定されるものでない。例えばプロセスに依存するパラメ−タについても、ここで説明したようなメンバシップ関数を伴う経験則を記述することによって、更に高精度なアライメントに貢献させることが期待できる。後件部の出力についても単純な一次の補正特性にするだけでなく、より次数の高い関数を用いることでより高精度なアライメントが期待できる。
【００２４】
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態を説明する。図９は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造フロ−を示したものである。ステップ１は回路設計で半導体デバイスの回路パタ−ンが設計される。この設計値に基づいてステップ２のマスク制作で回路パタ−ンの形成されたマスクが制作される。ステップ１、ステップ２と平行してステップ３ではシリコン等の材料を用いてウエハが準備される。ステップ４のウエハプロセスは前工程と呼ばれる部分で、ステップ３までで用意されたマスクとウエハを用い、リソグラフィ技術によりウエハ上に各種パタ−ンを形成し、デバイスを完成させる。ステップ５の組み立てからは後工程と呼ばれる部分で、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体をチップ化するアッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケ−ジング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。続いてステップ６の検査ではステップ５までで作成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が行われる。このような工程を経て完成した半導体デバイスがステップ７で出荷されることになるのである。
【００２５】
図１０は図９のフロ−のステップ４のウエハプロセスの詳細なフロ−を示したものである。ウエハの表面を酸化させる酸化工程（ステップ１１）、絶縁膜を形成するＣＶＤ工程（ステップ１２）、電極形成工程（ステップ１３）、イオン打ち込み工程（ステップ１４）などがリソグラフィ工程を取り巻く諸工程である。これらの工程をつなぐリソグラフィ工程ではステップ１５のレジスト処理でウエハに感光剤であるレジストを塗布する。続いて上記説明した露光装置によってマスク上の回路パタ−ンをウエハ上に露光する（ステップ１６）。露光されたウエハは現像され（ステップ１７）、現像されて形成されたレジストパタ−ンに対してエッチング（ステップ１８）が行われた後、レジストを剥離する（ステップ１９）工程を経て不要となったレジストを取り除く。このような工程を繰り返すことによってウエハ上に多重にパタ−ンが重畳され、半導体デバイスが形成されていく。多重な重畳を行うために位置合わせ精度は非常に重要であり、本発明の製造方法を用いれば従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明では第１の物体上の第１のマ−ク、及び第２の物体上にある第２のマ−クに光束を照射し、該２つのマ−クにより反射または回折されて形成される前記光束の複数個のスポット像より前記２つの物体の相対位置を検出する位置合わせにおいて、前記複数個のスポットの各重心位置を検出し、該重心位置より第１のアライメント量を求めると共に、前記第１物体と第２物体の情報、あるいは前記照射光束と第１のマ−クの位置関係等の外部パラメ−タを用いて前記第１のアライメント量に対する補正量を求める手段を具備することで、高精度なアライメントを達成することを可能とした。
【００２７】
特にファジィ推論を用いることで互いに独立な関係にない外部パラメ−タの影響を経験則ベ−スで記述するだけで、大幅な信号処理プログラムの改良を必要とせず、アライメント精度を向上させることが可能となった。特に現象が複雑で、寄与することが分かっていてもその寄与の仕方が一対一で記述できないパラメ−タをまとめて全体として処理することができるため、精度向上に対する寄与が大きい。
【００２８】
更に本発明では補正がマスクとウエハの相対ずれを測定するレンジ全領域に対してなされるため、高精度な測定を行うダイナミックレンジを広く取れるという効果も持っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置合わせ装置の信号処理のブロック図
【図２】本発明の実施形態１の信号処理のブロック図
【図３】実施形態１のギャップ量に対するメンバシップ関数
【図４】実施形態１の投光ビ−ム位置ずれに対するメンバシップ関数
【図５】実施形態１でのファジィ推論方法の説明図
【図６】従来用いられているアライメント系の構成図
【図７】従来例の信号処理での補正量計算部を示す図
【図８】本発明の補正量計算部を示す図
【図９】半導体デバイスの製造フロ−を示す図
【図１０】ウエハプロセスの詳細なフロ−を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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