(57)【要約】【課題】基板に対して露光マスクが近接して配置される近接露光において、露光マスクと基板との相対的な位置関係をより正確に検出することが可能な位置検出方法を提供する。【解決手段】露光マスクに形成されたアライメント用のマスクマークの形成領域の画像と、基板に形成されたアライメント用のウェハマークの形成領域の画像とを、露光マスクの上方からそれぞれ個別に撮像素子に取り込む（第４ステップＳ４）。この際、マスクマークの形成領域、およびウェハマークの形成領域毎に設定された取り込み条件（第３ステップＳ３）にて、撮像素子による画像の取り込みが行われる。次いで、撮像素子に取り込まれた各画像から、基板と露光マスクとの相対的な位置関係を検出する（第５ステップＳ５）。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、当該基板に対向配置された露光マスクとの相対的な位置関係を検出する位置検出方法であって、
前記露光マスクに形成されたアライメントマークの形成領域の画像と、前記基板に形成されたアライメントマークの形成領域の画像とを、前記露光マスクの上方からそれぞれ個別に撮像素子に取り込み、
前記撮像素子に取り込まれた各画像から前記基板と前記露光マスクとの相対的な位置関係を検出する
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の位置検出方法において、
前記各アライメントマークの形成領域毎に、前記撮像素子による画像の取り込み条件が設定される
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項３】
請求項１記載の位置検出方法において、
前記撮像素子による画像の取り込みは、各アライメントマークの形成領域のみを選択して行われる
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項４】
請求項３記載の位置検出方法において、
前記各アライメントマークの形成領域の画像を取り込む前に、
前記各アライメントマークが重ね合わせて検出される全領域にわたって、前記露光マスクに形成されたアライメントマークの画像と、前記基板に形成されたアライメントマークの画像とを、前記露光マスクの上方から撮像素子に取り込む工程と、
前記撮像素子に取り込まれた前記全領域の画像から、前記露光マスクに形成されたアライメントマークの結像領域と、前記基板表面に形成されたアライメントマークの結像領域とを検出し、当該各結像領域を前記各アライメントマークの形成領域として選択する工程とを行う
ことを特徴とする位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出方法に関し、特には露光対照となる基板に対して露光マスクが近接して配置される近接露光の際に適用される露光マスクと基板との位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線近接露光や等倍Ｘ線露光等、露光マスクと露光対象となる基板との間隔が数十μｍ程度に保たれる近接露光においては、露光マスクと基板との相対位置をリアルタイムに測定して位置合わせを行うための位置検出が行われている。
【０００３】
このような位置検出においては、例えば、特許第３０４８９０４号公報、特許第２９５５６６８号公報、特許第３２３５７８２号公報に開示されているように、レジストを感光させない長波長光をアライメント光として用い、露光マスクに形成されたアライメントマーク（以下、マスクマーク）と基板ウェハに形成されたアライメントマーク（以下、ウェハマーク）とを、露光マスクの上方から顕微鏡で撮像素子に結像させ、撮像素子に取り込まれた画像を処理することで各アライメントマーク（マスクマーク、ウェハマーク）の位置を測定し、この測定された位置から露光マスクと基板との相対的な位置を検出している。
【０００４】
ところで、このような位置検出が行われる露光装置においては、位置検出用の光学系（顕微鏡、撮像素子等の光学系であり、以下、撮像光学系）が、露光光学系、露光マスク、マスクステージさらにはウェハステージ等と干渉するのを避けるために、撮像光学系の配置に制限が生じる。また、各アライメントマークの位置を高精度に測定するためには、開口数ＮＡが大きな対物レンズを使用しなければならない。
【０００５】
このため、露光装置内においては、図５に示すように、撮像素子１や対物レンズ２などの撮像光学系の光軸３が、露光マスク４（および基板５）の法線６に対して４５°程度にまで傾斜させて設けられている。したがって、撮像素子１の物体面（焦点面）１ａと露光マスク４および基板５が交わる領域で、露光マスク４上のマスクマーク４ａと基板５上のウェハマーク５ａとが同時に観察されることになる。
【０００６】
そこで、従来の位置検出方法においては、マスクマーク４ａとウェハマーク５ａとが重ね合わせて検出される領域の画像を撮像素子１に取り込み、取り込まれた画像の光強度分布を画像処理することにより、撮像光学系の光軸３と露光マスク４の法線６とがつくる入射面に垂直な方向における露光マスク４と基板５との相対的な位置ずれと、露光マスク４−基板５間の間隔とが求められる。
【０００７】
露光装置には、このような撮像光学系が露光マスク４を囲む４方向に装備され、露光を行う際には、４方向の測定値から、露光マスク４と基板５とのｘ−ｙ方向のずれ、回転方向のずれ、倍率のずれが算出され、これらの位置ずれがなくなるように、露光マスク４または基板５の位置が調整される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した位置検出方法には、次のような課題があった。すなわち、露光マスクは、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ダイヤモンドなどの屈折率が高い材料を用いて構成されており、撮像光学系からのアライメント光は、露光マスクの表面で強く反射する。このため、露光マスクを透過して基板で反射し、再び露光マスクを透過して撮像素子に達するアライメント光の強度は著しく減衰することになる。したがって、撮像素子に取り込まれるウェハマークの像強度は、マスクマークの像強度よりも著しく弱くなり、その強度比は１０倍以上にもなる。
【０００９】
しかし、撮像素子には、像強度の強いマスクマークと、像強度の弱いウェハマークとが同時に取り込まれるため、その感度は像強度の強いマスクマークに合わせて調整されることになる。このため、像強度が弱いウェハマークの画像からは正確な強度分布を測定することができず、ウェハマークとマスクマークとの位置ずれの測定誤差が大きく、高精度の位置検出を行うことができなかった。
【００１０】
そこで本発明は、基板に対して露光マスクが近接して配置される近接露光において、露光マスクと基板との相対的な位置関係をより正確に検出することが可能な位置検出方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の位置検出方法は、基板と、この基板に対向配置された露光マスクとの相対的な位置関係を検出する位置検出方法であり、露光マスクに形成されたアライメントマークの形成領域の画像と、基板に形成されたアライメントマークの形成領域の画像とを、当該露光マスクの上方からそれぞれ個別に撮像素子に取り込み、個別に取り込まれた各画像から基板と露光マスクとの相対的な位置関係を検出することを特徴としている。
【００１２】
このような位置検出方法では、露光マスクのアライメントマークの画像と基板のアライメントマークの画像とが、撮像素子に個別に取り込まれるため、互いの画像の影響を受けることなく、それぞれの画像に最適な条件を設定して撮像素子への画像の取り込みを行うことができる。したがって、撮像光学系の光を露光マスク表面で直接反射させて得られる露光マスクのアライメントマークの画像と、露光マスクを透過させた撮像光学系の光を基板表面で反射させて再び露光マスクを透過させて得られる基板のアライメントマークの画像との両方を、適切な撮像条件で撮像した画像に基づいて、露光マスクと基板との位置関係が検出される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の位置検出方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の位置検出方法に用いる位置検出装置の構成図である。この図に示す位置検出装置１０は、電子線近接露光や等倍Ｘ線露光のような、露光マスク４と露光対象となる基板５との間隔を数十μｍ程度に近接して保って露光を行う露光装置に設けられている。
【００１５】
先ず、位置検出装置１０の構成を説明するに先立ち、この露光装置に配置される露光マスク４と基板５の構成を説明する。
【００１６】
この露光装置に配置される露光マスク４は、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ダイヤモンドなどの屈折率が高い材料を用いて構成されており、位置検出装置１０の撮像光学系に用いられているアライメント光（長波長光）を透過可能な程度の薄膜に開口パターンを設けるか、またはこのような薄膜上にパターンを形成してなる。そして、露光マスク４の上方からは、この露光マスク４を透過したアライメント光によって下方に配置された基板５表面を撮像可能となっている。
【００１７】
図２（１）および図２（２）に示すように、露光装置に配置される露光マスク４および基板５には、その４方向の所定位置（例えば４辺の中央部）に位置精度測定用のアライメントマーク４ａ、５ａがそれぞれ形成されている。これらのアライメントマーク４ａ、５ｂ、すなわち露光マスク４のアライメントマーク４ａ（以下マスクマーク４ａ）と基板５のアライメントマーク（以下ウェハマーク５ａ）は、例えば、図３の平面図に示すように、それぞれドットパターンからなる複数列（図面上においては３列）を１本としたライン状に構成されており、上記所定位置において４方向に延設配置されている。
【００１８】
そして、露光装置に配置された露光マスク４と基板５とを露光マスク４の上方から見た場合、図３の平面図に示すように、２本のウェハマーク５ａ間の中央に１本のマスクマーク４ａが並列に配置されるように、露光マスク４上にマスクマーク４ａが形成され、基板５上にウェハマーク５ａが形成されている。尚、以上説明したマスクマーク４ａおよびウェハマーク５ａの構成は、あくまでも一例であり、本発明においてはマスクマーク４ａおよびウェハマーク５ａの構成が限定されることはない。
【００１９】
次に、以上のようなアライメントマーク（マスクマーク４ａ、ウェハマーク５ａ）を有する露光マスク４および基板５が配置される露光装置に設けられる位置検出装置の構成を、先の図１を用いて説明する。
【００２０】
この図に示す位置検出装置１０は、撮像素子１１、撮像素子１１に結像させる顕微鏡の対物レンズ１３、撮像素子１１の撮像を制御するコントローラ１５、および撮像素子１１に取り込まれた画像を処理するための演算部１７を備えている。
【００２１】
撮像素子１１は、撮像領域を任意に選択できる、例えばＭＯＳ型撮像素子が用いられていることとする。尚、ＭＯＳ型撮像素子としては、一例としてＣＩＤテクノロジー社のＭＯＳ型ＣＩＤイメージセンサを用いることができる。
【００２２】
また、対物レンズ１３は、開口数ＮＡが大きなものが用いられることとする。そして、撮像素子１１と対物レンズ１３等の撮像光学系の光軸３は、ここでの図示を省略した露光装置の露光光学系や、露光マスク４、ここでの図示を省略したマスクステージさらにはウェハステージ等と干渉することのないように、例えば露光マスク４（および基板５）の法線６に対して４５°程度に傾斜させ、露光マスク４の４方向の周囲に配置されることとする。尚、図面においては１方向に配置された撮像素子１１および対物レンズ１３のみを示した。
【００２３】
また、コントローラ１５は、撮像素子１１および演算部１７に接続され、撮像素子１１に取り込まれた画像を、画像データとして演算部１７に送信すると共に、演算部１７からの指示により、撮像素子１１の撮像領域、感度、蓄積時間を制御する制御信号を送信する。
【００２４】
そして演算部１７は、この位置検出装置１０による一連の位置検出を行うための指示部であり、コントローラ１５を介して取り込まれた画像データを画像処理すると共に、その処理結果に基づいて、撮像素子１１による撮像領域（走査領域データ）、各撮像領域を撮像する場合の撮像素子１１の感度および蓄積時間を設定し、コントローラ１５に指示を出し、さらに露光マスク４と基板５との相対的な位置関係を検出し、この位置関係に基づいて、ここでの図示を省略したマスクステージさらにはウェハステージを移動させるアライメント処理を行う。
【００２５】
以下に、演算部１７での処理によって行われる一連の位置検出方法および、この位置検出方法によって得られた結果に基づくアライメントの手順を、図１および図３、さらに図４のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
先ず、第１ステップＳ１では、マスクマーク４ａとウェハマーク５ａとが重ね合わせて検出される全領域Ａにわたって、撮像素子１１による画像の取り込みを行う。この画像の取り込みは、４方向に配置された撮像素子１１によって、露光マスク４および基板５の４方向（４箇所）に設定される全領域Ａ対して行われ、マスクマーク４ａの画像と、ウェハマーク５ａの画像とを、同一条件で一枚の画像として取り込む。
【００２７】
次に、第２ステップＳ２では、撮像素子１１に取り込まれた４方向の全領域Ａの画像から、それぞれマスクマーク４ａの結像領域Ａ４と、ウェハマーク５ａの結像領域Ａ５とを検出し、この結像領域Ａ４、Ａ５を、マスクマーク４ａの形成領域とウェハマーク５ａの形成領域として個別に選択する。
【００２８】
この場合、撮像素子１１に取り込まれたマスクマーク４ａの画像のうち、最も光強度が高い領域をマスクマーク４ａの結像領域Ａ４とする。本実施形態においては、この結像領域Ａ４は、各全領域Ａに対して１箇所設定されることになる。同様に、撮像素子１１に取り込まれたウェハマーク５ａの画像のうち、最も光強度が高い領域をマスクマーク５ａの結像領域Ａ５とする。本実施形態においては、この結像領域Ａ５は、各全領域Ａに対して２箇所設定されることになる。尚、これらの結像領域Ａ４，Ａ５は、撮像素子１１の物体面（焦点面）１１ａ上に位置する領域であり、物体面１１ａが露光マスク４および基板５の表面に対して斜めに配置されるため、結像領域Ａ４，Ａ５は平面的にずれた位置に設定されることになる。
【００２９】
次いで、第３ステップＳ３では、検出された各結像領域Ａ４，Ａ５毎に、その撮像素子１１による画像の取り込み条件（撮像条件）が設定される。ここで、撮像条件とは、撮像素子１１の感度、蓄積時間であることとする。
【００３０】
以上の後、第４ステップＳ４では、結像領域Ａ４、Ａ５に対してのみ、それぞれの結像領域Ａ４、Ａ５に個別に設定された取り込み条件で撮像素子１１による画像の取り込みを行う。この画像の取り込みは、４方向に配置された各撮像素子１１によって、露光マスク４および基板５の４箇所に設定される各結像領域Ａ４，Ａ５に対して行われる。
【００３１】
続く第５ステップＳ５では、撮像素子１１に取り込まれた結像領域Ａ４、Ａ５の画像から、基板５と露光マスク４との相対的な位置関係を検出する。
【００３２】
この際、本実施形態においては、１方向の全領域Ａについて、結像領域Ａ４の画像におけるピークの中心位置と、２つの結像領域Ａ５の画像における各ピークの中心位置とから、撮像光学系の光軸３と露光マスク４の法線６とがつくる入射面に垂直な方向（図面上ｘ方向）における露光マスク４と基板５との相対的な位置ずれを求める。すなわち、各結像領域Ａ５の２つのピーク中心の中央と、結像領域Ａ４のピーク中心とのずれ量を、露光マスク４−基板５間の図面上ｘ方向のずれ量として求める。また、結像領域Ａ４、Ａ５の物体面１１ａ上のずれ量によって、露光マスク４と基板５との間隔を求める。このような各ずれ量は、露光マスク４と基板５の４箇所（４方向）に設定された全領域Ａについて個別に求められることになる。
【００３３】
そして、４方向について求められた上記の各ずれ量から、露光マスク４と基板５とのｘ−ｙ方向のずれ、回転方向のずれ、倍率のずれ量を求める。
【００３４】
次いで、第６ステップＳ６では、第５ステップＳ５で求めた各ずれ量に基づいて、これらのずれ量を相殺するように露光マスク４または基板５の位置を補正する。これは、ここでの図示を省略したマスクステージさらにはウェハステージを移動させることによって行われる。
【００３５】
以上の第１ステップＳ１〜第６ステップＳ６までを、演算部１７での演算処理および演算部１７からの指示によって行った後、露光装置の露光光学系およびウェハステージの駆動により、基板５に対して露光マスク４のパターンを転写露光するパターン露光を行う。
【００３６】
尚、上述した第６ステップＳ６においては、マスクステージさらにはウェハステージを移動させることによって露光マスク４と基板５との位置関係を補正することとした。しかし、この第６ステップＳ６を行わずに、第５ステップＳ５で求めた各ずれ量に基づき、露光装置の露光光学系を制御することでこのずれ量が相殺されて基板５の補正された位置に対してパターン露光が行われる様にしても良い。
【００３７】
以上説明した位置検出方法によれば、マスクマーク４ａの画像とウェハマーク５ａの画像とを、撮像素子１１に個別に取り込むことで、互いの画像の影響を受けることなく、それぞれの画像に最適な条件を設定して撮像素子１１への画像の取り込みを行うことができる。このため、撮像光学系の光（アライメント光）を露光マスク４表面で直接反射させて得られるマスクマーク４ａの画像と、露光マスク４を透過させたアライメント光を基板５表面で反射させて再び露光マスク４を透過させて得られるウェハマーク５ａの画像との両方を、それぞれに適切な撮像条件で撮像し、それぞれが充分な光強度を有する画像を得ることが可能になる。
【００３８】
したがって、マスクマーク４ａとウェハマーク５ａとの両方の画像について、より正確な強度分布を測定することが可能になるため、これに基づいて得られる露光マスク４と基板５との位置検出精度の向上を図ることが可能になる。この結果、より正確なアライメントを行い、下地パターンに対してずれの内パターン露光を行うことが可能になる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の位置検出方法によれば、基板に対して露光マスクが近接して配置される近接露光において、露光マスクと基板との相対的な位置関係をより正確に検出することが可能になり、これにより、より正確なアライメントを行い、下地パターンに対しての位置ずれを抑えたパターン露光を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の位置検出方法を実施するための位置検出装置の構成例を示す図である。
【図２】マスクマークとウェハマークとの一例を示す平面図である。
【図３】マスクマークとウェハマークとが重ね合わされる全領域を示す図である。
【図４】実施形態の位置検出方法を示すフローチャートである。
【図５】従来の位置検出に用いられる撮像光学系の構成図である。
【符号の説明】
４…露光マスク、４ａ…マスクマーク、５…基板、５ａ…ウェハマーク、１１…撮像素子、Ａ…全領域、Ａ４，Ａ５…結像領域
【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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