(57)【要約】【課題】  ディストーションが存在する撮像光学系を使用した場合でも、正確にアライメントマークの位置測定が可能であるアライメントマークの位置測定方法を提供する。【解決手段】  初めに、各アライメントマークについて、その設計上の位置が光学顕微鏡の視野中心にくるようにウエハステージを移動させてその状態で測定を行う。このアライメントマーク位置１１が、視野の中心を原点とした場合、Ｘ方向にΔｘ，Ｙ方向にΔｙだけずれていたとする。その後、再びアライメントマークの測定行うが、その際には、設計位置から（−Δｘ，−Δｙ）だけずれた位置が光学顕微鏡の視野中心になるようにして測定を行う。すると、当該アライメントマークは、１２で示されるように、光学顕微鏡の視野中心近傍に位置して観測されるようになる。よって、歪みやボケの少ない領域において測定が可能となるので、精度の良い位置測定を行うことができる。【選択図】  図２
2005285916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板に形成された複数のアライメントマークの、露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、その測定データを統計的処理して、前記感応基板の前記露光装置の基準位置を基準とする載置位置変位を決定する方法において、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定する方法であって、第１の工程として、全ての前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、第２の工程として、第１の工程において測定されたアライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置に基づき、前記各アライメントマーク毎に、前記各アライメントマークが測定装置の視野中心にくるように前記感応基板の位置を算出して、その算出結果に基づいて、再び、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置の測定を全アライメントマークについて行い、その結果を、前記各アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とすることを特徴とするアライメントマークの位置測定方法。
【請求項２】
感応基板に形成された複数のアライメントマークの、露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、その測定データを統計的処理して、前記感応基板の前記露光装置の基準位置を基準とする載置位置変位を決定する方法において、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定する方法であって、第１の工程として、前記アライメントマークの代表点の前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、その結果と、設計上の前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とに基づいて、統計的処理により、前記感応基板の載置位置ずれ量を求め、第２の工程として、第１の工程において求められた感応基板の位置ずれ量に基づき、前記各アライメントマークの位置ずれ量を求めて前記各アライメントマーク毎に、前記各アライメントマークの設計位置に位置ずれ量を加えた位置が測定装置の視野中心にくるように前記感応基板の位置を調整して、その状態で、再び、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置の測定を全アライメントマークについて行い、その結果を、前記各アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とすることを特徴とするアライメントマークの位置測定方法。
【請求項３】
請求項１における前記第２の工程によって得られた前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を、前記第１の工程によって得られたアライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とみなして、請求項１における前記第２の工程を再び行う動作を、１回以上繰り返して行うことを特徴とするアライメントマークの位置測定方法。
【請求項４】
請求項２における前記第２の工程によって得られた前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を、前記第１の工程によって得られたアライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とみなして、その結果と、設計上の前記アライメントマークの位置とに基づいて、統計的処理により、前記感応基板の載置位置ずれ量を求め、その後、請求項２における前記第２の工程を再び行う動作を、１回以上繰り返して行うことを特徴とするアライメントマークの位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ工程において、露光すべき感応基板の位置合わせをするために設けられたアライメントマークの位置を精度よく測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路や液晶表示素子などの製作においては、ウェハ又はガラスなどに対し、複数層にわたってパターンを露光する必要がある。したがって、露光装置においては、これらの各層に形成されるパターンの位置を精度良く位置合わせして露光を行う必要がある。
【０００３】
このような目的のために、ある層を露光する場合に、その下の層との位置合わせを行うために、下の層にはアライメントマークと称される位置合わせマークが設けられている。そして露光装置に搭載されたアライメントマーク測定装置（多くは光学顕微鏡と撮像装置を組み合わせたもの）が設けられており、これにより、、露光の前に、アライメントマークの、露光装置の基準位置からの相対位置を測定し、その結果に基づいて感応基板のアライメントを行うようになっている。
【０００４】
測定の方法としては、アライメントマークの、設計上のアライメントマーク位置がアライメントマーク測定装置の視野中心にくるように基板ステージ（搭載されているものは、半導体デバイス製造の場合はウエハ、液晶製造の場合ガラスであるが、便宜上、このようなものを搭載するものを、総称して基板ステージと呼ぶことにする。）を動かし、その状態でアライメントマークの位置を測定して、それが設計位置からどの程度ずれているかを測定する。
【０００５】
このようなアライメントマークは、複数設けられており、これら複数のアライメントマークについて、以上のような測定を行う。そして、その結果に基づいて、基板ステージに搭載された感応基板が、設計上の搭載位置からどの程度ずれて搭載されているかを算出し、それに合わせて基板ステージを調整することにより、下層のパターンに正確に対応する位置に露光が行われるようにする。
【０００６】
今、露光装置の光軸方向をＺ軸とし、基板ステージ駆動方向をＸ軸、Ｙ軸とする直交座標系を考えた場合、もし、感応基板の変形が無いと考えれば、感応基板の載置位置の誤差は、Ｘ軸方向位置ｘ、Ｙ軸方向位置ｙ、Ｚ軸周りの回転角θの３つである。よって、３個のアライメントマークの位置を測定すれば、方程式を解くことによりこれらの量を決定することができ、感応基板の位置調整が可能となる。
【０００７】
しかしながら、特にウエハの場合には、露光したレジストの現像、ウエハのエッチング、残存するレジストの除去等のプロセスの間に変形が発生する。この変形は、露光されるパターンが微細化し、必要露光精度が上がるに従って無視できなくなってきている。
【０００８】
そのため、最近では、これらの感応基板の変形を考慮して、位置合わせを行うべき量を決定するＥＧＡ（Enhanced Global Alignment）と呼ばれる方法が採用されるようになってきている。
【０００９】
これは、感応基板のアライメントマークの位置を設計位置から変位させるものとして、前述の感応基板の載置位置誤差であるｘ、ｙ、θの他に、感応基板の変形に基づく、ｘ方向倍率変化、ｙ方向倍率変化、及び直交度変化の３つの要素を加えて、アライメントマークの位置測定から、これら６個の要素を算出し、これらの値に基づいて感応基板のアライメントを行おうというものである。
【００１０】
実際には、感応基板の変形は、全面にわたって一様なものではないので、上記６個の要素を決定するためには、６個のアライメントマークの位置測定を行って方程式を求める方法では、誤差が生じる恐れがある。よって、ＥＧＡにおいては、多数のアライメントマークの位置測定を行い、重回帰分析等の統計的手段によって６個の要素の値を求めるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上説明したように、アライメントマークの位置測定は、主として光学顕微鏡を用いて行われるが、光学顕微鏡には、デイストーシヨン等の結像特性があるため、撮像光学系を通したことにより、図３に示すように、画像検出器に取り込んだ画像には歪みが存在する。なお、図３に示す破線は、縦横等間隔の目盛り線を撮像したときにディストーションによって変形して撮像された目盛り線を示す。
【００１２】
このためこの画像で検出されたアライメントマーク２１のそれぞれの位置は、デイストーシヨンの影響の無い理想的な画像で検出した場合と異なり、位置誤差を有する。従つて、このように位置誤差を含むデータに基づいて感応基板のアライメントを行うと、正確なアライメントができないという問題点があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ディストーションが存在する撮像光学系を使用した場合でも、正確にアライメントマークの位置測定が可能であるアライメントマークの位置測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための第１の手段は、感応基板に形成された複数のアライメントマークの、露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、その測定データを統計的処理して、前記感応基板の前記露光装置の基準位置を基準とする載置位置変位を決定する方法において、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定する方法であって、第１の工程として、全ての前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、第２の工程として、第１の工程において測定されたアライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置に基づき、前記各アライメントマーク毎に、前記各アライメントマークが測定装置の視野中心にくるように前記感応基板の位置を調整して、その状態で、再び、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置の測定を全アライメントマークについて行い、その結果を、前記各アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とすることを特徴とするアライメントマークの位置測定方法（請求項１）である。
【００１５】
本手段においては、第１の工程において求めたアライメントマークの位置に基づいて、第２の工程で同じアライメントマークを測定する際には、そのアライメントマークが測定位置の視野の中心にくるように感応基板の位置を調整している。測定装置の視野中心近傍ではディストーションを初め、その他のボケや収差が小さいので、この位置にアライメントマークを位置させて測定することにより、アライメントマークの位置を精度良く測定することができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、感応基板に形成された複数のアライメントマークの、露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、その測定データを統計的処理して、前記感応基板の前記露光装置の基準位置を基準とする載置位置変位を決定する方法において、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定する方法であって、第１の工程として、前記アライメントマークの代表点の前記露光装置の基準位置を基準とする位置を測定し、その結果と、設計上の前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とに基づいて、統計的処理により、前記感応基板の載置位置ずれ量を求め、第２の工程として、第１の工程において求められた感応基板の位置ずれ量に基づき、前記各アライメントマークの位置ずれ量を求めて前記各アライメントマーク毎に、前記各アライメントマークの設計位置に位置ずれ量を加えた位置が測定装置の視野中心にくるように前記感応基板の位置を調整して、その状態で、再び、前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置の測定を全アライメントマークについて行い、その結果を、前記各アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とすることを特徴とするアライメントマークの位置測定方法（請求項２）である。
【００１７】
本手段においては、アライメントマークの代表点の設計位置と測定位置との誤差に基づいて、たとえばＥＧＡと同等の手法により感応基板全体の位置ずれ量を求めておく、そして、その感応基板の位置ずれがあったとき、各々のアライメントマークが設計値よりどの程度ずれたところにあるかを算出し、そのずれた位置に当たる場所を測定装置の視野中心にくるように感応基板の位置を調整して、アライメントマークの位置測定を再び行う。よって、前記第１の手段とほぼ同じ作用効果が得られる。但し、本手段においては、全アライメントマークの位置測定を行う必要がないので、測定時間を短縮できる効果がある。ここで、アライメントマークの代表点というのは、例えばアライメントマークがｎ個あったとすると、そのうちから任意に選んだｋ個（ｋ＜ｎ）のアライメントマークのことを言う。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段における前記第２の工程によって得られた前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を、前記第１の工程によって得られたアライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とみなして、前記第１の手段における前記第２の工程を再び行う動作を、１回以上繰り返して行うことを特徴とするアライメントマークの位置測定方法（請求項３）である。
【００１９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段における前記第２の工程によって得られた前記アライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置を、前記第１の工程によって得られたアライメントマークの前記露光装置の基準位置を基準とする位置とみなして、その結果と、設計上の前記アライメントマークの位置とに基づいて、統計的処理により、前記感応基板の載置位置ずれ量を求め、その後、前記第２の手段における前記第２の工程を再び行う動作を、１回以上繰り返して行うことを特徴とするアライメントマークの位置測定方法（請求項４）である。
【００２０】
これら、第３の手段、第４の手段においては、１回の測定位置の調整によりアライメントマークを視野の中心に十分納められなかった場合に、前記第１の手段、第２の手段の手法を繰り返し行うことにより、アライメントマークを視野の中心により近づけて測定を行うものである。よって、より正確にアライメントマークの測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、ディストーションが存在する撮像光学系を使用した場合でも、正確にアライメントマークの位置測定が可能であるアライメントマークの位置測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の例を説明するが、それに先立ち、本発明実施の形態であるアライメントマークの位置測定方法を実施するのに使用するアライメントマーク測定装置とＥＧＡの概要を述べる。
【００２３】
図１は、露光装置の投影光学系の部分を図示したものであり、マスクやレチクルを照明する照明光学系の部分は図示を省略している。投影光学系鏡筒１には、その外部にアライメントマーク位置測定装置２が取り付けられており、アライメントマーク位置測定装置２は、光学顕微鏡３と、撮像装置４、画像処理装置５から成り立っている。
【００２４】
感応基板であるウエハ６は、ウエハステージ７上に載置され、投影光学系鏡筒１に内蔵されている投影光学系により、マスク又はレチクルに形成されたパターンがウエハ６に露光転写される。露光装置の光軸をＺ軸とすると、ウエハステージ７は、Ｚ軸を１軸とするＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系において、ウエハステージ駆動装置８により、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能とされていると共に、Ｚ軸周りの回転が可能とされている。
【００２５】
ウエハステージ７のＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置は、干渉計９により測定される。よって、光学顕微鏡３によりウエハ６に形成されたアライメントマークを拡大して、撮像装置４により撮像し、画像処理装置５により画像処理を行って、光学顕微鏡３の視野中での位置を読み取り、それと干渉計９の出力とを演算することにより、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系におけるアライメントマークのＸ方向位置、Ｙ方向位置を測定することができる。
【００２６】
今、アライメントマークがｎ個あったとして、そのｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目のアライメントマークの設計上の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とし、実際に存在する位置を（Δｘ’ｉ，Δｙ’ｉ）とする。そして、ウエハ６の載置位置のＸ軸方向誤差をΔｘｗ、Ｙ軸方向誤差をΔｙｗ、Ｚ軸周りの回転各誤差をΔθとし、ウエハ６の変形によるＸ軸方向倍率変化をαｘ、Ｙ軸方向倍率変化をαｙ、直交度の変化をωとする。すると、これらの量の間に、幾何学的な関係より、以下の関係式が成り立つ（ｉ＝１〜ｎ）。
【００２７】
【数１】
2005285916.tif 000003
【００２８】
今、アライメントマークの位置測定をｎ個のアライメントマークのうちｋ個（ｋ＜ｎ）について行うものとし、各アライメントマークが測定された位置を（ｘｍｉ，ｙｍｉ）とすると、
Δｘｉ＝ｘｍｉ−Δｘ’ｉ
Δｙｉ＝ｙｍｉ−Δｙ’ｉ
とし、最小二乗法を適用して、
【００２９】
【数２】
2005285916.tif 000004
【００３０】
を最小にするようなＸ軸方向誤差Δｘｗ、Ｙ軸方向誤差Δｙｗ、Ｚ軸周りの回転各誤差Δθ、ウエハ６の変形によるＸ軸方向倍率変化αｘ、Ｙ軸方向倍率変化αｙ、直交度の変化ωを求める。これらの値を変換式（１）、（２）の値として使用して、任意の位置（ｘｉ，ｙｉ）を（１）、（２）式に代入することにより、これらの位置の変換値（実際に存在する点）（Δｘ’ｉ，Δｙ’ｉ）を得る（ｉ＝１〜ｎ）。これらの値に基づき、各点での位置補正のために、制御装置１０によりウエハステージ駆動装置８を駆動して、ウエハステージ７を移動させる。以上がＥＧＡの原理を用いたアライメントマーク位置ずれ推定法である。
【００３１】
以下、本発明の第１の実施の形態であるアライメントマークの位置測定方法を述べる。初めに、各アライメントマークについて、その設計上の位置が光学顕微鏡３の視野中心にくるようにウエハステージ７を移動させてその状態で測定を行う。そのときに観測されたアライメントマークの位置を図２に１１で示す。このアライメントマーク位置が、視野の中心を原点とした場合、Ｘ方向にΔｘｉ，Ｙ方向にΔｙｉだけずれていたとする。（Δｘｉ，Δｙｉ）の値を記憶し、次のアライメントマークの位置測定を同様に、次々に行っていく。
【００３２】
そして、全てのアライメントマークの測定終了後、再び、アライメントマークの測定を開始するが、その際には、（Δｘｉ，Δｙｉ）だけ設計位置からずれていたアライメントマークについては、それぞれ、設計位置から（−Δｘｉ，−Δｙｉ）だけずれた位置が光学顕微鏡３の視野中心になるようにして測定を行う。すると、当該アライメントマークは、図２に１２で示されるように、光学顕微鏡３の視野中心近傍に位置して観測されるようになる。よって、歪みやボケの少ない領域において測定が可能となるので、精度の良い位置測定を行うことができる。
【００３３】
原理的には、これで全てのアライメントマーク位置を、光学顕微鏡３の視野中心近傍で測定可能なはずであるが、十分視野中心の近傍に来ない場合には、そのずれ量を（Δｘｉ，Δｙｉ）として、再び同様の工程を繰り返せばよい。
【００３４】
以下、本発明の第２の実施の形態であるアライメントマークの位置測定方法を述べる。初めに、各アライメントマークについて、その設計上の位置が光学顕微鏡３の視野中心にくるようにウエハステージ７を移動させてその状態で測定を行う。アライメントマークがｎ個あったとして、そのｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目のアライメントマーク位置が視野の中心を原点とした場合、Ｘ方向にΔＸｉ，Ｙ方向にΔＹｉだけずれていたとする。（ΔＸｉ，ΔＹｉ）の値を記憶し、次のアライメントマークの位置測定を同様に、次々に行っていく。この測定をｋ個（ｋ＜ｎ）のアライメントマークに対して行う。
【００３５】
そして、ウエハ６の載置位置のＸ軸方向誤差をΔｘｗ、Ｙ軸方向誤差をΔｙｗ、Ｚ軸周りの回転各誤差をΔθとし、ウエハ６の変形によるＸ軸方向倍率変化をαｘ、Ｙ軸方向倍率変化をαｙ、直交度の変化をωとする。すると、これらの量の間に、幾何学的な関係より、以下の関係式が成り立つ（ｉ＝１〜ｎ）。
【００３６】
【数３】
2005285916.tif 000005
【００３７】
そこで、最小二乗法を適用して、
【００３８】
【数４】
2005285916.tif 000006
【００３９】
を最小にするようなＸ軸方向誤差Δｘｗ、Ｙ軸方向誤差をｙｗ、Ｚ軸周りの回転各誤差Δθ、ウエハ６の変形によるＸ軸方向倍率変化αｘ、Ｙ軸方向倍率変化αｙ、直交度の変化ωを求める。
【００４０】
そして、求まったΔｘｗ、Δｙｗ、Δθ、をαｘ、αｙ、ωを（４）式、（５）式に代入した値を（ΔＸｉ’，ΔＹｉ’）とする（ｉ＝１〜ｎ）。そして、第２回目の測定においては、ｉ番目のアライメントマークについては、その設計上の位置から（−ΔＸｉ’，−ΔＹｉ’）だけずれた点が光学顕微鏡３の視野中心になるようにして測定を行う。
【００４１】
このようにすれば、全てのアライメントマークが、光学顕微鏡３の視野中心近傍に位置して観測されるようになる。よって、歪みやボケの少ない領域において測定が可能となるので、精度の良い位置測定を行うことができる。
【００４２】
このようにしても、アライメントマークが十分光学顕微鏡３の視野中心の近傍に来ない場合には、そのずれ量を新たな（ΔＸｉ，ΔＹｉ）として、再び同様の工程を繰り返せばよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】露光装置の投影光学系の部分を図示した図である。
【図２】本発明の実施の形態において、光学顕微鏡により観測されるアライメントマークの位置の例を示す図である。
【図３】撮像光学系のディストーションにより歪んで観測されるアライメントマークを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…投影光学系鏡筒、２…アライメントマーク位置測定装置、３…光学顕微鏡、４…撮像装置、５…画像処理装置、６…ウエハ、７…ウエハステージ、８…ウエハステージ駆動装置、９…干渉計、１０…制御装置、１１…第１回目測定時のアライメントマーク位置、１２…第２回目測定時のアライメントマーク位置
【図１】
2005285916.tif 000007
【図２】
2005285916.tif 000008
【図３】
2005285916.tif 000009