(57)【要約】【課題】アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができるアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法を提供する。【解決手段】ウエハＷの法線ＶＬに対して対称に配置された２つの検出光学系１０−１，１０−２により、アライメントマークＷＡの位置が検出される。処理部４０により、検出位置の和が求められる。２つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれΔｘがあったとしても、位置ずれΔｘは２つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。【選択図】図７
2005032911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置であって、
前記被処理体の法線に対して対称に配置され、前記アライメントマークを斜方から観察する２つの検出光学系と、
２つの前記検出光学系からの前記アライメントマークの検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する誤差検出部と
を有するアライメント誤差検出装置。
【請求項２】
前記誤差検出部は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項１記載のアライメント誤差検出装置。
【請求項３】
２つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系は、無視し得る収差をもつ対物レンズを有する
請求項１記載のアライメント誤差検出装置。
【請求項４】
マスクと被露光体にそれぞれ形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記被露光体に形成された前記アライメントマークからの前記散乱光の配向分布の変化による位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置であって、
前記被露光体の法線に対して対称に配置され、前記アライメントマークを斜方から観察する２つの検出光学系と、
２つの前記検出光学系からの前記アライメントマークの検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する誤差検出部と
を有するアライメント誤差検出装置。
【請求項５】
前記誤差検出部は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項４記載のアライメント誤差検出装置。
【請求項６】
２つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系は、無視し得る収差をもつ対物レンズを有する
請求項４記載のアライメント誤差検出装置。
【請求項７】
被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出方法であって、
前記被処理体の法線に対して対称に配置された２つの検出光学系により、同じ前記アライメントマークを斜方から観察して、前記アライメントマークの検出位置を求める工程と、
２つの検出光学系により得られる前記検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する工程と
を有するアライメント誤差検出方法。
【請求項８】
前記位置検出誤差を検出する工程は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項７記載のアライメント誤差検出方法。
【請求項９】
２つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系に、無視し得る収差をもつ対物レンズを使用する
請求項７記載のアライメント誤差検出方法。
【請求項１０】
マスクと被露光体にそれぞれ形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記被露光体に形成された前記アライントマークからの前記散乱光の配向分布の変化による位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出方法であって、
前記被露光体の法線に対して対称に配置された２つの検出光学系により、同じ前記アライメントマークを斜方から観察して、前記アライメントマークの検出位置を求める工程と、
２つの検出光学系により得られる前記検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する工程と
を有するアライメント誤差検出方法。
【請求項１１】
前記位置検出誤差を検出する工程は、予め位置検出誤差がない場合における前記検出位置の基準和を定めておき、前記基準和からの前記検出位置の和の変化に基づいて前記位置検出誤差を検出する
請求項１０記載のアライメント誤差検出方法。
【請求項１２】
２つの前記検出光学系のうち一方の前記検出光学系に、無視し得る収差をもつ対物レンズを使用する
請求項１０記載のアライメント誤差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法に関し、特に、半導体装置のリソグラフィ工程においてウエハのアライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術として、電子線やＸ線を用いて、マスクをウエハに近接させて露光する、電子線近接リソグラフィや等倍Ｘ線リソグラフィなどの転写型露光方法が開発されている。これらのリソグラフィにおいて用いられるマスクは、例えば０．５μｍの膜厚のＳｉ膜やＳｉＣ膜、ダイヤモンドなどの薄膜から構成される。
【０００３】
上記の次世代露光技術においては、例えばマスクとウエハの相対位置をリアルタイムに測定して位置合わせするアライメント装置が使用される（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
アライメント光学系が、電子線（ＥＢ）やＸ線等の光源およびそれらの光学系、マスク、マスクステージ、ウエハステージなどと干渉するのを防ぐために、照明光がウエハの表面に対して斜めに入射するようにアライメント光学系が設置される。
【０００５】
上記のアライメント光学系では、マスクとウエハに形成されたアライメントマークに照明光を照射し、各アライメントマークからの散乱光を撮像素子に結像し、画像処理することによってマスクとウエハの相対位置を測定している。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９５５６６８号公報
【特許文献２】
特許第３０４８９０４号公報
【特許文献３】
特許第３２３５７８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アライメントマークからの散乱光（以下、マーク散乱光と称する）の配向分布が変化すると、アライメント光学系のコマ収差等の影響で位置検出誤差が発生する。マーク散乱光の変化は、アライメントマークの厚さまたは深さ、幅などの寸法変化によって生じる。しかし、このマーク散乱光による位置検出誤差は、マーク自体の位置変化と分離できないために検出できない。
【０００８】
従って、このマーク散乱光による位置検出誤差は、補正することも低減することも困難である。しかしながら、近年の超微細加工技術では無視できない誤差となるため、マーク散乱光の変化による位置検出誤差を補正あるいは低減することが重要となってきている。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができるアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のアライメント誤差検出装置は、被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出装置であって、前記被処理体の法線に対して対称に配置され、前記アライメントマークを斜方から観察する２つの検出光学系と、２つの前記検出光学系からの前記アライメントマークの検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する誤差検出部とを有する。
【００１１】
上記の本発明のアライメント誤差検出装置では、被処理体の法線に対して対称に配置された２つの検出光学系により、アライメントマークが斜方から観察されて、その位置が検出される。
誤差検出部により、２つの検出光学系により検出された検出位置の和が求められる。２つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれがあったとしても、アライメントマークの位置のずれ量は２つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。すなわち検出位置の和にはマーク自体の位置ずれ量は反映されない。
従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。以上のようにして、アライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差が検出される。
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明のアライメント誤差検出方法は、被処理体に形成されたアライメントマークからの散乱光を斜方から観察するアライメント光学系における、前記散乱光の配向分布の変化による前記アライメントマークの位置検出誤差を検出するアライメント誤差検出方法であって、前記被処理体の法線に対して対称に配置された２つの検出光学系により、同じ前記アライメントマークを斜方から観察して、前記アライメントマークの検出位置を求める工程と、２つの検出光学系により得られる前記検出位置の和を求め、前記検出位置の和に基づいて前記位置検出誤差を検出する工程とを有する。
【００１３】
上記の本発明のアライメント誤差検出方法では、まず、被処理体の法線に対して対称に配置された２つの検出光学系により、アライメントマークを斜方から観察して、その位置を検出する。
次に、２つの検出光学系により検出された検出位置の和を求める。２つの検出光学系は対象に配置されていることから、基準位置からのアライメントマークの位置ずれがあったとしても、アライメントマークの位置ずれ量は２つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、検出位置の和を求めることで消去される。すなわち検出位置の和にはマーク自体の位置ずれ量は反映されない。
従って、検出位置の和は一定になるはずであり、検出位置の和の変化量はアライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当するものといえる。以上のようにして、アライメントマークからの散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差が検出される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法の説明の前に、その技術的意義の理解に必要な前提となるアライメント装置について説明する。
【００１５】
図１は、アライメント装置の概略構成図である。
図１に示すアライメント装置は、電子線近接リソグラフィや等倍Ｘ線リソグラフィなどの転写型露光方法において露光するために、ウエハＷに形成されたウエハ側アライメントマークとマスクＭに形成されたマスク側アライメントマークを観察し、ウエハＷに対してマスクＭを位置合わせするものである。ＬＥＥＰＬ（ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）に適用する場合、マスクＭは膜厚０．５μｍのメンブレン（薄膜）にパターンの貫通孔が形成されているステンシルマスクとなる。
【００１６】
上記のアライメント装置は、大別して、ウエハＷとマスクＭの保持部（不図示）と、アライメント光学系１０と、制御部１８とを有する。アライメント光学系１０は、光源１１、コンデンサレンズ１２、ビームスプリッタ１３、対物レンズの瞳１４、対物レンズ１５、結像レンズ１６、撮像素子１７とを有する。
【００１７】
上記の保持部（不図示）は、等倍露光となるように、通常ウエハＷのレジスト膜に対してマスクＭを５０μｍ程度の距離に保持するとともに、不図示の機構によりウエハに対するマスクの相対的な位置を調節可能となっている。
【００１８】
光源１１は、例えばＨｇランプあるいはＸｅランプなどであり、ウエハＷに形成されたレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の自然光である照明光ＬＩを出射する。
【００１９】
光源１１からの照明光ＬＩは、コンデンサレンズ１２により集光され、ビームスプリッタ１３の分光面で進路を屈曲させ、対物レンズの瞳１４を通過し、対物レンズ１５によりウエハＷの表面に対して斜めの方向からマスクＭを介してウエハＷのウエハ側アライメントマークに対して照射され、またマスクＭのマスク側アライメントマークに対して照射される。
【００２０】
各アライメントマークからの反射あるいは散乱光（以下、散乱光と称する）ＬＲは、入射経路を辿り、対物レンズ１５、対物レンズの瞳１４、ビームスプリッタ１３を通過し、結像レンズ１６により受光部である撮像素子１７に結合され、ウエハＷのウエハ側アライメントマークとマスクＭのマスク側アライメントマークが撮像される。
【００２１】
ＣＣＤ等からなる撮像素子１７で撮像された撮像データは、制御部１８において画像処理され、ウエハＷのウエハ側アライメントマークとマスクＭのマスク側アライメントマークの位置が測定され、マスクとウエハの位置ずれが測定される。
さらに、制御部１８により、上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハＷに対するマスクＭの位置が調整され、位置合わせされる。上記の制御部１８は、コンピュータと駆動装置とにより実現される。
【００２２】
図２は、図１のマスクとウエハの拡大断面図であり、（ａ）はアライメント時、（ｂ）は露光時を示す。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、マスクＭは、貫通孔からなるパターンＰやマスク側アライメントマークＭＡが薄膜２２に形成され、薄膜２２の強度を補強すべく、梁２３が形成されている。上記のマスクは、例えばＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成され、この場合には薄膜２２はシリコンで形成され、梁２３はシリコン基板２０と酸化シリコン膜２１で形成される。
【００２４】
マスクＭに５０μｍ程度の距離を空けて対向配置されたウエハＷは、シリコン基板３０と、シリコン基板３０上に堆積された被加工膜３１と、被加工膜３１上に形成されたレジスト膜３２とを有する。ウエハＷは、シリコン基板３０の表面がパターン加工されて形成されたウエハ側アライメントマークＷＡを有する。
【００２５】
ウエハ側アライメントマークＷＡは、シリコン基板３０のみに形成されるものではなく、被加工膜３１にも加工後に形成され、その上層の膜のアライメントの際に使用される。従って、ウエハ側アライメントマークＷＡの厚さあるいは深さ、幅等の寸法は、層の膜厚に応じて異なり、また、製作するデバイスによっても異なるものである。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、ウエハＷに対してマスクＭが５０μｍ程度の距離をもって保持された状態で、レジスト膜３２が感光する領域を除く領域の波長の照明光ＬＩを、ウエハＷの表面に対して斜めの方向からマスクＭを通してウエハＷのウエハ側アライメントマークＷＡに対して照射し、またマスクＭのマスク側アライメントマークＭＡに対して照射する。
【００２７】
ウエハＷおよびマスクＭの各アライメントマークＷＡ，ＭＡからの散乱光を受光し、受光した散乱光から、ウエハＷのウエハ側アライメントマークＷＡに対するマスクＭのマスク側アライメントマークＭＡのずれを検出する。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、上記で得られたずれ量に応じて、ウエハＷに対するマスクＭの位置を調節して位置合わせした後、マスクＭを介してウエハＷに対しレジスト膜３２が感光する電子線ＥＢなどを照射して露光する。
【００２９】
上記の露光の際のアライメント動作において、上記したように、ウエハＷ上のウエハ側アライメントマークＷＡの寸法は、製作するデバイス等によって変化するものである。アライメントマークの寸法が変化することによってマークの散乱光の配向が変化するために、アライメント光学系の対物レンズ１５に入射する波面の強度分布が変化する。配向（分布）とは、どのくらいの強さの光が、どの方向に出ているかを示したものをいう。
【００３０】
図３は、マーク散乱光の配向変化によるアライメント誤差を説明するための図である。
【００３１】
アライメント光学系によるマーク像の強度分布は、下記式（１）で示されるように、マーク散乱光の波面に結像光学系の瞳関数を掛け合わせた波面のフーリエ変換となるので、マーク散乱光の配向が変化することによってマーク像の強度分布は変化する。従って、マーク像位置が変化し、位置検出誤差が発生する。
【００３２】
【数１】
2005032911.tif 000003
【００３３】
上記式（１）において、Ｇはマーク散乱光の配向分布であり、Ｐは下記式（２）で示される対物レンズの瞳関数であり、ＷＦＡは波面収差である。また、ξ’＝ｓｉｎθ、ｘ’＝Ｘ／λ、ｚ’＝ｚ／λである。点像強度分布Ｉ（ｘ，ｚ）は下記式（３）で示される。
【００３４】
【数２】
2005032911.tif 000004
【００３５】
【数３】
2005032911.tif 000005
【００３６】
以下に、対物レンズの波面収差とマーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を計算した例について説明する。
対物レンズ１５が図４（ａ）に示すような波面収差ＷＦＡをもつと仮定する。この対物レンズ１５に図４（ｂ）に示すような均一配向分布Ｇ１のマーク散乱光および不均一配向分布Ｇ２のマーク散乱光が入射した場合のマーク像の位置をそれぞれ計算した。
【００３７】
図４（ａ）のθは、図３に示す対物レンズの中心とウエハ側アライメントマークＷＡの中心とを結ぶ線に対する散乱光の角度θを意味する。瞳関数を決定する主要因である図４（ａ）に示す波面収差ＷＦＡは、下記式（４）で示される５次関数で仮定でき、その大きさをＲＭＳ（平方自乗平均）でλ／１２．９とした。また、図４（ｂ）に示す不均一配向分布Ｇ２はレンズの中央と周辺とで光の強度が１０％変化し、その変化が２次関数に従うと仮定した例である。
【００３８】
【数４】
2005032911.tif 000006
【００３９】
図５（ａ）は均一配向分布Ｇ１の場合の点像強度分布の計算結果を示す図であり、図５（ｂ）は不均一配向分布Ｇ２の場合の点像強度分布の計算結果を示す図である。
【００４０】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、点像強度分布の形状は、マーク散乱光の配向が変化してもほとんど変化しないことがわかる。この点像強度分布の重心位置が制御部１８により計算されて、ウエハ側アライメントマークＷＡの位置と決定される。図５（ａ）および図５（ｂ）の点像強度分布からの重心位置の測定により、マーク散乱光の配向が１０％変化すると、マーク位置は約２５ｎｍ変位することが求められた。
【００４１】
図６を参照して、マーク散乱光の配向の変化と点像強度分布の重心位置の変位との関係について説明する。
図６（ａ）に示すように、マーク散乱光の配向分布Ｇ（θ）が二次関数であると仮定し、レンズの周辺に相当する光強度を１とし、レンズの周辺とレンズの中央の光強度の差をＨとする。
【００４２】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す配向分布のＨを変化させた場合における点像強度分布の重心位置の変化を示す図である。図６（ｂ）に示すように、配向分布の変化が大きくなるにつれて重心位置の変位も大きくなり、配向分布が４０％変化すると点像強度分布の重心位置は９５ｎｍ変化することがわかる。
【００４３】
以上示したように、マーク散乱光の配向が変化すると、点像強度分布の重心位置が変化することがわかる。しかし、図５を用いて説明したように、マーク散乱光の配向の変化によるアライメントマークの位置検出誤差は、マーク自体の位置変化と分離できないために検出が極めて困難である。従って、マーク散乱光による位置検出誤差は、補正することも低減することも困難である。
【００４４】
しかし、従来技術の欄で述べたように、近年の微細加工では無視できない誤差が発生するため、マーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を補正あるいは低減することは重要であり、そのためにマーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を抽出することが必要である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マーク散乱光の配向変化による位置検出誤差を検出するアライメント誤差検査装置に関するものである。
【００４５】
図７は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置の構成を説明するための図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【００４６】
図７（ａ）に示すように、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置は、ウエハの法線ＶＬに対して対称に配置され、ウエハ側アライメントマークＷＡを斜方から観察する第１の検出光学系１０−１および第２の検出光学系１０−２を有する。
【００４７】
２つの検出光学系１０−１，１０−２のそれぞれは、図１に示すアライメント装置のアライメント光学系と同様の構成を有する。また、２つの検出光学系１０−１，１０−２は、ウエハの法線ＶＬとの間の角度θ’が、実際のアライメント光学系１０におけるものと同じにすることが好ましい。実際のアライメント光学系１０と同じ条件とすることにより、より正確な誤差を検出するためである。
【００４８】
同様の理由で、検出光学系は、露光装置のアライメントに使用されるアライメント光学系１０と同じ収差をもつ対物レンズを使用したものであることが好ましい。また、後述するように、一方の検出光学系に、他方に比して無視できるほどに収差の小さい高性能な対物レンズを使用することが有効である。
【００４９】
処理部４０は、２つの検出光学系１０−１，１０−２からのウエハ側アライメントマークＷＡの検出位置の和を求める。処理部４０は、本発明の誤差検出部に相当し、コンピュータにより実現される。
【００５０】
図７（ｂ）に示すように、ウエハＷの平面座標であるｘ座標を考えると、２つの検出光学系１０−２，１０−２は、同じウエハ側アライメントマークＷＡを正反対の方向から観察していることから、ｘ座標の正負は両者で正反対となる。
【００５１】
上記の検出装置のウエハ保持部（不図示）において、基本的にウエハの位置は一定の基準位置に保持されるが、ウエハの出し入れにより若干の位置ずれΔｘが発生する。従って、ウエハ側アライメントマークＷＡのずれ量をΔｘとすると、第１の検出光学系１０−１により検出されるウエハ側アライメントマークＷＡの検出位置Ｘ１は下記式（５）で示され、第２の検出光学系１０−２により検出されるウエハ側アライメントマークＷＡの検出位置Ｘ２は下記式（６）で示される。
【００５２】
【数５】
Ｘ１＝ｘ０１＋Δｘ＋α        …（５）
【００５３】
【数６】
Ｘ２＝ｘ０２−Δｘ＋β        …（６）
【００５４】
上記式（５），（６）において、Ｘ１，Ｘ２は２つの検出光学系により実際に観測される位置であり、Δｘはマーク自体の位置の変化量（ずれ量）である。ｘ０１，ｘ０２は、アライメントマークが位置すべき基準位置である。αは第１の検出光学系１０−１におけるマーク散乱光の配向に起因する誤差であり、βは第２の検出光学系１０−２におけるマーク散乱光の配向に起因する誤差である。
【００５５】
２つの検出光学系により検出された検出位置Ｘ１，Ｘ２の和が、処理部４０により演算される。下記式（７）に示すように、上記式（５）と（６）の和を演算すると、マーク自体の位置のずれ量Δｘは２つの検出光学系では正負は異なるが絶対値の等しい関係にあるため、消去される。
【００５６】
【数７】
α＋β＝（Ｘ１＋Ｘ２）−（ｘ０１＋ｘ０２）    …（７）
【００５７】
検出位置の和は、基本的に同じ位置（ｘ０１＋ｘ０２）のアライメントマークを検出している場合には、ウエハの出し入れにおいて誤差Δｘがあったとしても検出位置の和には反映されないから一定のはずである。従って、下記式（８）に示すように検出位置の変化Δ（Ｘ＋Ｙ）は、マーク自体の位置のずれ量ではなく、マーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差に相当する。
【００５８】
【数８】
Δα＋β＝Δ（Ｘ１＋Ｘ２）                    …（８）
【００５９】
ただし、上記式（８）のように２つの検出光学系からのマーク散乱光の配向に起因する位置検出誤差の合計が観測されるため、各々の検出光学系の単独誤差は分離できない。従って、上記のようにして検出された位置検出誤差の合計に基づいて、露光の際のアライメント誤差を予測し検出する一例としては、以下に示すような方法を採用する。
【００６０】
図８は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第１のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【００６１】
ウエハ側アライメントマークの寸法が異なる各ウエハに対し、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置により２つの検出光学系１０−１，１０−２の検出位置の和（Ｘ１＋Ｘ２）を測定する（ステップＳＴ１）。
【００６２】
検出位置の和が測定された後、露光装置によりウエハ側アライメントマークを用いてウエハＷをアライメントし、ウエハＷに露光を行い（ステップＳＴ２）、露光により得られたパターンの位置ずれを測定する（ステップＳＴ３）。
【００６３】
そして、マーク検出位置の和と、実際に露光したパターンの目標位置からのずれ量（位置検出誤差に相当）との関係を示す補正テーブルを作成する（ステップＳＴ４）。より詳細には、目標位置からのずれ量が０であったマーク検出位置の和を基準和として決定し、基準和からの検出位置の和の変化（差）と位置検出誤差との関係を示す補正テーブルを作成する。
【００６４】
上記のような補正テーブルを予め作成しておくことによって、補正テーブルに基づいて、新たなアライメントマークに対しマーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差を検出することができる。すなわち、基準和からの検出位置の和の変化に基づいて位置検出誤差が検出される。
【００６５】
図９は、本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第２のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。本例では、補正テーブルを作成せずに、露光装置におけるマーク散乱光の誤差を予想する例について説明する。
【００６６】
検出光学系の収差と散乱光の配向変化によって発生する誤差は、上記式（１）を用いて図４〜図６に示したように、予想可能である。従って、検出光学系に使用される対物レンズの波面収差と露光装置に使用される対物レンズの波面収差が測定されているならば、図１の式を用いて正確にアライメント誤差を予測することができる。このためには、一方の検出光学系に、収差が無視できる高性能な対物レンズを使用することが計算を簡単にするため有効である。これによりマーク散乱光による位置検出誤差は、収差の大きい対物レンズをもつ他方の検出光学系のみによって発生するものとすることができる。
【００６７】
図示しないウエハ保持部に保持されたウエハＷのウエハ側アライメントマークＷＡの検出位置を２つの検出光学系１０−１，１０−２により検出し、処理部４０により検出位置の和（Ｘ１＋Ｘ２）を演算する（ステップＳＴ１１）。予め誤差がない場合の検出位置の基準和を求めておき、この基準和からの演算された検出位置の和の変化を求める。上記式（８）における一方のαあるいはβは無視できることから、検出位置の和の変化は、Δα（β）となり、片方の検出光学系におけるマーク散乱光の配向変化のみに起因すると近似できる。
【００６８】
図６（ａ）の配向分布と（ｂ）の重心位置（検出位置）の変化を用いて説明したように、検出光学系の収差（主として対物レンズの収差）がわかっていれば、検出位置の変化（図６（ｂ）の縦軸に相当）から、散乱光の配向分布を予測することができる（ステップＳＴ１２）。この配向分布は、２次関数で表されるものとする。
【００６９】
次に、予測された配向分布（図６（ａ）に相当）と、露光装置に使用されるアライメント光学系の対物レンズの収差に基づいて、アライメント光学系で発生するマーク位置の位置検出誤差を予測する（ステップＳＴ１３）。以上においては、収差の発生原因は対物レンズのみであり、その他のレンズの収差は無視できるものとした。
【００７０】
以上のようにして予測された位置検出誤差は、実際の露光装置によるアライメントに反映される。図１０は、露光装置の構成の一例を示す図である。
【００７１】
図１０は、ＬＥＥＰＬに用いる露光装置であり、この露光装置は、電子銃６０、アパーチャ６１、コンデンサレンズ６２、一対の主偏向器６３，６４および一対の副偏向器６５，６６を有する。
【００７２】
電子銃６０から出射された電子線ＥＢは、アパーチャ６１により径が制限され、コンデンサレンズ６２により平行なビームにされる。主偏向器６３，６４は、電子線ＥＢが平行なままマスクＭに垂直に入射するように、電子線ＥＢを偏向させる。
【００７３】
電子線ＥＢはラスターまたはベクトル走査モードのいずれかでマスク（ステンシルマスクと称される）Ｍに入射するが、いずれの場合も電子線ＥＢの偏向に主偏向器６３，６４が用いられる。副偏向器６５，６６は、主偏向器６３，６４によって偏向された電子線ＥＢをさらに微調整する。
マスクＭを通過した電子線ＥＢは、ウエハＷに形成された電子線露光用のレジスト膜に照射され、パターン露光される。
【００７４】
ここで、露光装置は、アライメント光学系１０と制御部１８とを有するアライメント装置を備えている。このアライメント装置は、図１を参照して説明したものと同様の構成である。
【００７５】
すなわち、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の照明光ＬＩが、ウエハＷの表面に対して斜めの方向からマスクＭを介してウエハＷのウエハ側アライメントマークＷＡに対して照射され、またマスクＭのマスク側アライメントマークＭＡに対して照射される。
【００７６】
さらに、ウエハＷおよびマスクＭの各アライメントマークＷＡ，ＭＡからの散乱光を受光し、受光した散乱光から、ウエハＷのウエハ側アライメントマークＷＡに対するマスクＭのマスク側アライメントマークＭＡのずれを検出する。
【００７７】
上記のウエハ側アライメントマークの検出位置の決定は上述したように予測されたマーク散乱光の位置検出誤差だけ補正して行い、補正後の検出位置に対してマスクＭのずれ量分だけアライメントを行う。アライメント後、露光することにより、正確な位置にパターンが形成される。
【００７８】
以上のように本実施形態に係るアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法によれば、アライメントマークからの散乱光の配向分布の変化によるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができる。従って、ウエハに形成されたアライメントマークを用いてウエハの位置合わせを正確に行う必要がある場合に、位置検出誤差分だけ補正することにより正確な位置を検出することができ、その結果、正確なアライメントを実現することができる。
【００７９】
また、マーク散乱光の配向変化に起因する位置検出誤差分だけ補正して、露光の際にアライメントを行うことにより、正確なパターンを露光することができる。マーク散乱光の変化に起因する位置合わせ誤差を低減できることから、半導体デバイスに形成する各層間の位置合わせ精度が向上しかつ均一なものとなる。
【００８０】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本発明のアライメント誤差検出装置およびアライメント誤差検出方法は、様々な露光に適用することができる。従って、露光装置やこれに用いられるマスクには特に限定はない。また、検出光学系の構成については、種々の変更が可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、アライメントマークからの散乱光の配向分布が変化することによるアライメントマークの位置検出誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アライメント装置の概略構成図である。
【図２】図１のマスクとウエハの拡大断面図であり、（ａ）はアライメント時、（ｂ）は露光時を示す図である。
【図３】マーク散乱光の配向性変化によるアライメント誤差を説明するための図である。
【図４】対物レンズの波面収差とマーク散乱光の配向変化によるアライメント誤差を説明するための図であり、（ａ）は対物レンズの波面収差を示す図であり、（ｂ）は散乱光の配向分布を示す図である。
【図５】（ａ）は均一配向分布の場合の点像強度分布の計算結果を示す図であり、（ｂ）は不均一配向分布の場合の点像強度分布の計算結果を示す図である。
【図６】マーク散乱光の配向分布の変化と点像強度分布の重心位置の変位との関係について説明するための図であり、（ａ）は散乱光の配向分布を示し、（ｂ）は配向分布の変化と重心位置の変化の関係を示す。
【図７】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置の構成を説明するための図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図８】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第１のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【図９】本実施形態に係るアライメント誤差検出装置による第２のアライメント誤差検出方法のフローチャートである。
【図１０】露光装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…アライメント光学系、１０−１…第１の検出光学系、１０−２…第２の検出光学系、１１…光源、１２…コンデンサレンズ、１３…ビームスプリッタ、１４…対物レンズの瞳、１５…対物レンズ、１６…結像レンズ、１７…ＣＣＤ撮像素子、１８…制御部、２０…シリコン基板、２１…酸化シリコン膜、２２…メンブレン、２３…梁、３０…シリコン基板、３１…被加工膜、３２…レジスト膜、４０…処理部、６０…電子銃、６１…アパーチャ、６２…コンデンサレンズ、６３，６４…主偏向器、６５，６６…副偏向器、Ｍ…マスク、ＭＡ…マスク側アライメントマーク、Ｗ…ウエハ、ＷＡ…ウエハ側アライメントマーク、ＬＩ…照明光、ＬＲ…散乱光、ＥＢ…電子線。
【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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