(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源と、レンズと、検出器と、類似エッジセレクタと、信号アナライザとを備える光リソグラフィー用アライメント装置であって、それぞれ第一及び第二の類似エッジを有するアライメントマークが上部に設けられたウェーハを位置合わせするための光リソグラフィー用アライメント装置において、
前記レンズにより前記照明光源からの電磁放射が受光され、前記ウェーハに照射され、
前記アライメントマークから反射される電磁放射が前記検出器により受光され、
前記類似エッジセレクタにより前記検出器からの第一の類似エッジの組と第二の類似エッジの組を表す信号が選択され、
前記信号アナライザにより前記信号から前記第一及び第二の類似エッジの組の位置が計算されるように構成される、光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項２】
前記第一の類似エッジの組が第一の類似エッジの対により構成され、前記第二の類似エッジの組が第二の類似エッジの対により構成されている、請求項１記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項３】
前記信号アナライザにより、前記第一の類似エッジの対と前記第二の類似エッジの対の位置に基づいて前記アライメントマークの実質的中心が計算される、請求項２記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項４】
前記ウェーハを保持するステージを更に備える、請求項１記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項５】
前記照明光源と前記レンズとの間にレチクルが配設されている、請求項１記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項６】
照明光源と、レチクルと、レンズと、検出器と、類似エッジセレクタと、信号アナライザを備える光リソグラフィー用アライメント装置であって、類似エッジの第一の組と類似エッジの第二の組を有するアライメントマークが上部に設けられているウェーハを位置合わせするための光リソグラフィー用アライメント装置において、
前記照明光源からの電磁放射が前記レチクルを介して前記レンズにより受光され、所定の照明パターンとして前記ウェーハに照射され、
前記アライメントマークの類似エッジの第一の組と類似エッジの第二の組により反射される電磁放射が前記検出器により受光され、前記検出器は受光した電磁放射を表す信号を発生し、
前記類似エッジセレクタにより、前記信号のうち類似エッジの第一の組と第二の組を表す部分が選択され、
前記信号アナライザにより、類似エッジの第一の組同士の組み合わせおよび類似エッジの第二の組同士の組み合わせに基づいて前記アライメントマークの位置が計算されるよう構成される、光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項７】
前記信号アナライザが相関器を含む、請求項６記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項８】
前記相関器により、類似エッジ間の距離に対応する個々の位置において相関関数が適用されるよう構成される、請求項７記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項９】
照明光源と、レンズと、検出器と、セレクタと、信号アナライザを備える光リソグラフィー用アライメント装置であって、それぞれ第一及び第二の類似エッジを有する複数のアライメントマークが上部に配設されるウェーハを位置合わせする光リソグラフィー用アライメント装置において、
前記照明光源から照射される電磁放射が前記レンズにより受光され前記ウェーハに照射され、
個々のアライメントマークの前記第一及び第二の類似エッジから反射される電磁放射が前記検出器により受光され、
前記セレクタにより、前記検出器からの第一の類似エッジの組を表す信号が組み合わされ、また第二の類似エッジの組を表す信号が組み合わされ、
前記信号アナライザにより、前記第一の類似エッジの組を表す信号と前記第二の類似エッジの組を表す信号とに基づいて、前記複数のアライメントマークの位置が計算されるよう構成される、光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項１０】
前記複数のアライメントマークがそれぞれ異なる幅を有している、請求項９記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項１１】
前記それぞれ異なる幅は、最初の幅の整数倍となっている、請求項１０記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項１２】
最初の幅の整数倍である前記異なる幅が、一端の最初の幅から増加するよう構成される、請求項１１記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項１３】
複数のアライメントマークの幅が一旦増加した後、減少するようにウェーハの一端から他端へ配設されている、請求項９記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項１４】
間隔をあけたアライメントマークを上部に有し、前記アライメントマークが類似のエッジを有しているウェーハのアライメント方法において、
前記ウェーハに電磁放射を投射し、前記アライメントマークから反射される電磁放射を検出し、
前記アライメントマークから反射される電磁放射から類似エッジの組を表す信号を選択し、
前記類似エッジの組を表す信号に基づいて前記ウェーハの位置を計算するステップを備える、ウェーハのアライメント方法。
【請求項１５】
前記類似エッジの組を表す信号に相関関数を適用するステップを更に備える、請求項１４記載のウェーハのアライメント方法。
【請求項１６】
第一の類似エッジと第二の類似エッジを有する個々のアライメントマークが間隔を開けて上部に設けられているウェーハのアライメント方法であって、
所定のパターンを有する電磁放射を前記ウェーハに投射し、
前記アライメントマークにより反射される電磁放射を検出し、
前記アライメントマークにより反射される電磁放射から第一の類似エッジの組と第二の類似エッジの組を表す信号を選択し、
前記第一の類似エッジの組と前記第二の類似エッジの組から得られる情報に基づいて前記ウェーハの位置を計算するステップにより、前記ウェーハとレチクルを正確に位置合わせするよう構成される、ウェーハのアライメント方法。
【請求項１７】
照明光源と、レンズと、スキャン方向に移動可能なステージと、前方検出器と、後方検出器と、類似エッジセレクタと、信号アナライザとを備える光リソグラフィー用アライメント装置であって、第一及び第二の類似エッジを有するアライメントマークが上部に設けられているウェーハを位置合わせするための光リソグラフィー用アライメント装置において、
前記照明光源からの電磁放射が前記レンズにより受光され前記ウェーハに照射され、
前記アライメントマークにより反射されるスキャン方向の電磁放射が前記前方検出器により受光され、
前記アライメントマークにより反射されスキャン方向とは反対方向における電磁放射が前記後方検出器により受光され、
前記類似エッジセレクタにより、前記前方検出器と前記後方検出器から得られる信号から第一の類似エッジの組と第二の類似エッジの組を表す信号が選択され、
前記信号アナライザにより前記信号から前記第一の類似エッジの組と前記第二の類似エッジの組の位置が計算されるよう構成される、光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項１８】
前記類似エッジセレクタにより、前記第一の類似エッジの組と前記第二の類似エッジの組に対して前記前方検出器及び前記後方検出器のどちらが優勢な信号を有しているかが判断されるよう構成される、請求項１７記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項１９】
前記信号アナライザが相関器を含む、請求項１７記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項２０】
前記相関器が前記前方検出器及び前記後方検出器からの優勢な信号に関連付けられている、請求項１９記載の光リソグラフィー用アライメント装置。
【請求項２１】
類似エッジの相補的な第一及び第二の組を有するアライメントマークが間隔を開けて上部に設けられているウェーハのアライメント方法であって、
電磁放射をウェーハに投射し、
前記アライメントマークにより反射される電磁放射を第一の方向において検出し、
前記アライメントマークにより反射される電磁放射を第二の方向において検出し、
前記アライメントマークにより第一の方向で反射される電磁放射から類似エッジの第一の組を表す第一の優勢な信号を選択し、
前記アライメントマークにより第二の方向で反射される電磁放射から類似エッジの第二の組を表す第二の優勢な信号を選択し、
前記第一及び第二の優勢な信号に基づいて前記アライメントマークの位置を計算するステップを備える、ウェーハのアライメント方法。
【請求項２２】
投射される電磁放射をスキャン方向において前記ウェーハ上でスキャンするステップを備える、請求項２１記載のウェーハのアライメント方法。
【請求項２３】
第一の方向がスキャン方向であり、第二の方向がスキャン方向とは反対の方向である、請求項２２記載のウェーハのアライメント方法。
【請求項２４】
前記第一及び第二の優勢信号を相関関数に相関させるステップにより、類似エッジの第一の組における第一の中心位置が求められ、類似エッジの第二の組における第二の中心位置が求められる、請求項２３記載のウェーハのアライメント方法。
【請求項２５】
前記第一及び第二の中心位置の平均を求めるステップにより測定中心位置が得られる、請求項２４記載のウェーハのアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概してマスクとウェーハのアライメント（位置合わせ）に関し、より詳細には光リソグラフィーによる製造装置において使用するアライメント装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造は光リソグラフィー技術に大きく依存している。製造プロセス中に、回路パターンが半導体ウェーハ上に重層的に形成される。これは、マスクまたはレチクル上の回路パターン像を感光性レジストでコーティングされたウェーハ上に転写することにより行われる。半導体ウェーハに転写される最小線幅は０．５ミクロン以下のものが典型的である。このような微細な線幅と、製造プロセスにおいて複数の層を露光する必要性から、アライメント装置を使用してマスク像を半導体ウェーハ上で位置合わせしなければならない。アライメント精度は０．１ミクロンかそれ以下が必要とされることが多い。そのようなアライメントシステムが米国特許第４，６９７，０８７号公報（“スキャニングリソグラフィーアライナ用反転暗視野アライメントシステム”、Frederick Y. Yu、１９８７年９月２９日）に記載されている。この公報には、ウェーハターゲットを上部に有したウェーハと、マスクターゲットを上部に有したマスクが互いに位置合わせする装置が開示されている。半導体ウェーハの製造において、ウェーハ特性、数、厚さ、表面層の種類等のプロセス変数のため、アライメントが難しくなる場合が少なくない。アライメント信号の変化はこれらプロセス変数の関数であり、プロセスセンシティビティと呼ばれる。しばしばこのプロセスセンシティビティが原因で、アライメント装置を使用してウェーハ上のアライメントマークの位置を正確に求めることが困難となる。よって、比較的プロセスインセンシティブな、即ちプロセス変数に関係無くアライメント情報を正確に得ることのできるアライメント装置および方法が必要とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、光リソグラフィーシステムにおけるウェーハとマスク間のアライメント精度を改善することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は以下の構成を有した方法および装置により解決される。すなわち、照明光源からの電磁放射の所定のパターンが、レンズを介してアライメントマークを上部に有する半導体ウェーハ上に投射される。アライメントマークは所定のパターンの照明を介してスキャンされ、アライメントマークのエッジ部分により反射または散乱される。反射光または散乱光は検出器により集光され、電磁放射から電気信号に変換される。類似エッジセレクタにより一対またはそれ以上の数のアライメントマークの類似したエッジ同士が組み合わせられる（matching）。そして組み合わせられた類似エッジからの信号が信号アナライザにより分析され、位置およびアライメント情報が得られる。この位置およびアライメント情報に基づいて、回路パターン形成のため半導体ウェーハ上に順次露光される回路形状が正確に位置合わせされる。ここで類似のエッジとは、スキャンニング動作中に検出されるアライメントマークにおいて組み合わせる即ち同等と見なすことにより対または組とすることのできるエッジである。例えば、第一のアライメントマークの第一即ち前部エッジと、第二の乃至それ以上の数のアライメントマークの第一即ち前部エッジ同士、および該第一のアライメントマークの第二即ち後部エッジと第二の乃至はその他のアライメントマークの第二即ち後部エッジ同士である。また、本発明の別の実施例では、前方検出器と後方検出器が前記の類似エッジセレクタと共に使用することにより、スキャン方向に対して前方または後方における散乱ないし反射電磁放射が選択的に検出される。
【０００５】
本発明の方法はプロセス変数にあまり左右されないという有利な点を有する。
【０００６】
また、本発明は、ウェーハマークまたはターゲットの検出を改善でき、様々な基板に適用できるという有利な点を有する。
【０００７】
本発明は、類似のエッジの組を検出し組み合わせることによりアライメント情報が得られるという特徴を有する。
【０００８】
本発明はさらに、優勢なまたは相対的に強い信号を持つ類似のエッジの組を選択するために前方検出器および後方検出器が使用されるという特徴を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一の実施例を示すブロック図である。本発明に類似するアライメント装置は米国特許第５４７７０５７号公報（“スキャニング光リソグラフィー用オフアクシスアライメント装置”、David Angeley, et al, December 19, 1995）に記載されている。図１において、照明光源１０により電磁放射がレチクル１１とレンズ１２を介して半導体ウェーハ１４上に投射される。半導体ウェーハ１４の上部には複数のウェーハアライメントマーク１６が形成されている。ウェーハアライメントマーク１６は概してギャップにより分離された凸状の部分により形成された線により構成されている。アライメントマークとしてはトレンチ形状も頻繁に利用されており、前記凸状部分の代わりに使用することも可能である。ウェーハアライメントマーク１６は公知のウェーハ製造方法によって製作することができ、格子とすることもできる。ウェーハ１４はＸ−Ｙステージ１５上に置かれる。Ｘ−Ｙステージ１５により、ウェーハ１４は照明光源１０からの電磁放射によって矢印１７で示される方向にスキャンされる。電磁放射は所定の照明パターン（図示しない）に形成される。所定のパターンは概してＸ字形であるが、ウェーハアライメントマーク１６に照射された際に検出可能な信号を得られるものであればどのようなパターンでも構わない。所定の照明パターンは、レチクルまたはマスク１１の一部に照明光源１０からの電磁放射を通過させて形成する。ウェーハ１４の表面およびウェーハアライメントマーク１６により反射または散乱された電磁放射はレンズ１２により集光され、検出器１８へ送られる。検出器１８は電磁放射を電気信号に変換できるものであればその種類を問わない。また検出器１８は、ウェーハアライメントマーク１６の双方の側からの反射光または散乱光を集光するように配置することができる。検出器１８はまた、異なる位置に複数個配置することもできる。類似エッジセレクタ２０は検出器１８に接続されている。類似エッジセレクタ２０により、ウェーハアライメントマーク１６の類似エッジの対または組が選択される。類似エッジセレクタ２０により選択された類似エッジを示す信号が信号アナライザ２２により分析される。信号アナライザ２２は公知の信号分析技術を用いてウェーハアライメントマーク１６の類似エッジの位置を決定する。この情報に基づいて、信号アナライザ２２はウェーハ１４の位置を求め、ウェーハ１４およびレチクル１１のアライメントを判断する。そしてウェーハステージ１５を動かすことにより位置合わせが達成ないし維持される。
【００１０】
図２はウェーハ１４の一部であり、ウェーハアライメントマーク１６がより明確に示されている。ウェーハ１４とウェーハアライメントマーク１６はプロセスコーティング２４により覆われている。図にはプロセスコーティング２４を１つだけ示しているが、通常は半導体の製造においては多数のプロセスコーティングが使用される。ウェーハアライメントマーク１６はそれぞれ第一の、前方すなわち左エッジ２６と、第二の、後方すなわち右エッジ２８を有している。左エッジ２６は互いに類似のエッジであり、類似エッジの組を成している。右エッジ２８もまた互いに類似のエッジであり、類似エッジの組を成している。類似エッジとは、複数のアライメントマークにおける形状ないし位置が同じか似ているエッジのことである。よって、左側の類似エッジ２６間にはピッチすなわち距離３０が形成されており、また右側の類似エッジ２８間にもピッチ即ち距離３２が形成されている。ウェーハアライメントマーク１６の外見上の幅はプロセスコーティング２４の関数として変化する。従って、単一のウェーハアライメントマーク１６の線幅の検出値は、ウェーハアライメントマーク１６とウェーハ１４の表面に順次配設されるプロセスコーティング２４の数に従って増加する。つまり、エッジ２６と２８間で検出される外見上の線幅はプロセス変数に依存して変化するため、ウェーハアライメントマーク１６の中心を正確に求めること及び、反射または散乱電磁放射の検出により発生された信号に基づいて信号分析を行うことが困難になる。本発明では、ウェーハアライメントマーク１６の類似エッジを組み合わせることにより、発生された信号の検出および分析が外見上の線幅に関係無く行われる。従って、ウェーハアライメントマーク１６の検出がその外見上の幅に依存することなく行われる。このため本発明のアライメント装置によれば、アライメントマークの中心を外見上の線幅すなわちプロセス変数に依存して変化する線幅に左右されることなく正確に測定することが可能である。図２に示すように、検出される中心はアライメントマーク１６をどうグループ分けするかによって決まる。例えば、２つのアライメントマーク１６の中心Ｃを求めるのであれば、２つのアライメントマーク１６のみの類似エッジの対２６、２８を使用する。また、５個のアライメントマーク１６の中心Ｃ１を求めたい場合は、５個のアライメントマーク１６の類似エッジ２６、２８が組み合わされて使用される。
【００１１】
図３のａ乃至ｄは、本発明における、図１および２のウェーハアライメントマーク１６を示す信号の検出および分析等の動作を説明する図である。図３のａにはウェーハ表面１４´とウェーハアライメントマーク表面１６´が示されている。ウェーハアライメントマーク表面１６´は左エッジ２６´と右エッジ２８´を有する。波形３４により示された照明輪郭を有した照明パターンにより、ウェーハ表面１４´とウェーハアライメントマーク表面１６´が右すなわち矢印１７´で示した方向にスキャンされる。必ずしも必要という訳ではないが通常はウェーハアライメントマークと照明パターン間には角度が設けられ山形が形成される。波形３４により示された所定の照明パターンは左エッジ２６´により反射または散乱された後、図１の検出器１８により集光されて、図３のｂに示すような波形３６を有する信号が得られる。同様に、波形３８は右エッジ２８´により反射ないし散乱された電磁放射に対応する信号を表している。図３のｂにおける波形３６´、３８´および３６´´もまた同様に左エッジ２６´と右エッジ２８´により反射ないし散乱された電磁放射を表している。波形３６、３８、３６´、３８´および３６´´はいずれもプロセス変数のため互いにわずかに異なっている。波形３６と３６´は類似エッジの対を表しており、波形３８と３８´も同様である。図３のｃの波形４０は相関器の有する相関関数を示している。相関器は基本的に、相関関数の計算に近似の電子的動作を行うことによりノイズに埋もれた微弱信号を検出するために使用される。相関器波形４０はおよそ類似エッジ２６´または２８´の距離に等しい周期を有する。図３のｄの波形４２と４２´は、波形４０で表された相関関数を、波形３８と３６´で表した検出器信号に適用した場合の部分的出力を表している。相関器出力波形４２と４２´が零参照レベル４４を交差する時点により位置４６、４６´、すなわち一対のウェーハマーク１６´の類似エッジ２６´、２８´それぞれに関して検出されたエッジ中心が表されている。類似エッジ２６´と２８´の対の検出に引き続いて平均値が求められ、この平均値がウェーハアライメントマーク１６´間の距離の検出中心として使用される。こうして位置およびアライメント情報、例えば図２の中心ＣまたはＣ１が得られる。本発明による類似エッジを組み合わせる方法により、レベル平均シフト変化を５０％低減できることが実験により確認された。
【００１２】
概して相関器は最大信号領域を決定するために使用される。相関器関数は正と負の両方の値を含み、検出即ち捕捉された信号の長さにわたってアライメントマークのエッジを数学的にスライドし、乗じ、積分した結果予測される信号の推定値の導関数の近似である。零よりも大幅に上の信号を有した領域は正の相関によって関数の上昇により検出され、負の相関によって関数の下降により検出される。そして信号位置が高低の中間即ち関数が零交差する地点において決定される。信号は分析されて零参照レベルに対する傾斜が求められる。類似エッジは、ラインエッジの予測位置に基づいて、相関器にその間隔即ちピッチを与えることにより決定される。所定の間隔に基づき相関器は、ラインエッジがＮ個の場合、実際のＮ倍の信号強度を示す。これはＮ個のラインが同時に検出されているからである。以上相関関数を用いた信号処理を説明したが、必要な信号検出が行える限り、その他の適当な又は同等の信号処理技術も使用できる。
【００１３】
図４には本発明における、ウェーハアライメントマークのパターンの別の例を示す。ウェーハ１４はアライメントマーク１１６、１１６´および１１６´´を上部に有している。これらウェーハアライメントマーク１１６、１１６´、１１６´´の幅は互いに異なり、この例では一端から他端へ向けて増大している。アライメントマーク１１６´の幅は１１６の２倍であり、１１６´´の幅は１１６の３倍である。即ち、一端の最初の幅の整数倍になるように幅が増大している。アライメントマーク１１６は第一のエッジである前方すなわち左エッジ１２６と、第二のエッジである後方すなわち右エッジ１２８を有している。同様に、アライメントマーク１１６´も第一のエッジである前方すなわち左エッジ１２６´と、第二のエッジである後方すなわち右エッジ１２８´を有する。さらにウェーハアライメントマーク１１６´´は第一のエッジである前方すなわち左エッジ１２６´´と、第二のエッジである後方即ち右エッジ１２８´´を有する。この例では、類似エッジの第一の組は１２６、１２６´および１２６´´により示してある。類似エッジの第二の組は１２８、１２８´および１２８´´で示してある。ピッチすなわち距離１３０は隣接する類似エッジ１２６と１２６´間に形成されている。ピッチすなわち距離１３０´は類似エッジ１２６´と１２６´´間に形成されている。さらに、ピッチすなわち距離１３０´´が、類似エッジ１２６´´と、この第一の組と実質的に同一であるウェーハアライメントマークの組すなわち第二の類似エッジの組の類似エッジ１２６との間に形成されている。したがって、ウェーハアライメントマーク１１６、１１６´および１１６´´により周期Ｐが構成されている。また、ピッチ即ち距離１３２は類似エッジ１２８と１２８´間に形成されている。ピッチ即ち距離１３２´は類似エッジ１２８´と１２８´´間に形成されている。さらにピッチ即ち距離１３２´´は類似エッジ１２８´と、第一の組とほとんど同一であるアライメントマークの第二の組の類似エッジ１２８との間に形成されている。従って、図４に示されているのは、異なるアライメントマークにおいて類似のエッジを有しているものの組である。言うまでもなく本発明におけるウェーハマークは図示の形状以外にも可能であり、位置およびアライメント情報を得るためには、組み合わせる、即ち同等と見なすことのできる類似エッジを有していれば良い。例えば、図５にはアライメントマーク３１６、３１６´、および３１６´´から成る別の組を有したウェーハ１４が示されている。２つのアライメントマーク３１６同士の幅は等しく、２つのアライメントマーク３１６´同士も同様に等しい幅を有する。アライメントマーク３１６´´の幅はアライメントマーク３１６´の幅よりも大きく、後者の幅は３１６の幅より大きい。そして、類似エッジ３２６、３２６´、３２６´´の組および類似エッジ３２８、３２８´、３２８´´の組を利用して、上記の例で説明した方法によって中心Ｃ２の場所が求められる。
【００１４】
図６は本発明の第二の実施例の概略を示すブロック図である。図６は図１の実施例と似ているが、図６においてはウェーハ１４上のウェーハアライメントマーク１６から散乱または反射された電磁放射の異なる部分を検出するための検出器が複数使用されている。図１と同様に、照明光源１０によりレチクル１１の像が、上部にウェーハアライメントマーク１６を有するウェーハ１４上に結像される。ウェーハを保持しているステージ１５は矢印１７で示す方向に移動即ちスキャンされる。その結果、照明パターンによりアライメントマーク１６がスキャンされる。照明パターンからの電磁放射はアライメントマーク１６の特にそのエッジ部分により反射または散乱されて、レンズ２１２により集光される。スキャン方向と同じ、即ち前方に反射または散乱された電磁放射は前方検出器２１８により集光され、その反対方向即ち後方に反射または散乱された電磁放射は後方検出器２１９により集光される。類似エッジセレクタ２２０は類似エッジを表す信号を検出するために使用される。信号アナライザ２２２はこの信号を分析し、該信号に依存する位置を計算する。
【００１５】
図７のａないしｆには、図６の実施例における信号の検出と分析がより詳細に示されている。図７のａは、複数のアライメントマーク１６´を上部に有した基板またはウェーハ１４´を示す。ウェーハアライメントマーク１６´は直線寸法Ｔを有したターゲットを形成している。直線寸法Ｔはまた、アライメントマークの繰り返しパターンの一周期とすることもできる。ディメンションＴは中心Ｃを有する。波形３４により示された照明パターンを有する電磁放射パターンは左から右へと矢印１７´の方向に従ってウェーハ表面１４´上をスキャンする。電磁放射はエッジ２６´または２８´により反射または散乱される。エッジ２６´と２８´は相補エッジと呼ぶが、それはそれぞれ一つづつが個々のウェーハアライメントマーク１６´において使用されているからである。電磁放射は前方には矢印２５０で示す方向に、また後方には矢印２５２で示す方向に散乱または反射される。図６の前方検出器２１８は矢印２５０で示す電磁放射照明の反射または散乱を集光するように配設される一方、後方検出器２１９は矢印２５２で示す散乱または反射電磁放射を集光するように配設される。基板によっては、前方に反射ないし散乱された電磁放射、または後方に反射ないし散乱された電磁放射のいづれかによって、類似エッジ２６´と２８´のそれぞれの組からの信号の全体または大部分が占められることがあることが分かっている。例えば、図７のｂにはある特定の基板の前方検出器出力が示されており、該出力は、図６の前方検出器２１８により集光された、左側の類似エッジの組２６´から反射ないし散乱された電磁放射を表す比較的強い信号を有している。すなわち左エッジ信号波形２３６と２３６´により示される比較的大きい振幅がそれであり、この波形は図６の前方検出器２１８により集光された電磁放射を表している。それに対して、矢印２５２で示された類似エッジの組２６´からの後方反射ないし散乱電磁放射は、図７のｃの波形２３７と２３７´の低い振幅に示されるがごとく比較的弱い。同様に、右側の相補類似エッジ２８´の組により反射ないし散乱された電磁放射は、矢印２５０´により表された前方散乱ないし反射電磁放射と、矢印２５２´により表された後方反射ないし散乱電磁放射との間における一定の関係を示している。すなわちこの関係において、図６の前方検出器２１８により集光された前方散乱ないし反射電磁放射は、図７のｂの波形２３８と２３８´の有する低い振幅により示されるごとく比較的弱い信号となる。一方、類似エッジ２８´の組からの矢印２５２´で示された後方反射ないし散乱電磁放射はより強く、図７のｃの波形２３９および２３９´の大きい振幅により示されている。中には前方反射ないし散乱電磁放射と後方反射ないし散乱電磁放射間に明確な関係を示さない、即ち均一な強さの信号を生じさせる基板もあるが、多くの基板ではそのような関係が確認される。例えば、半導体製造に使用されるコンタクト層、金属層、バイア層、ポリレイヤ、酸化層等の層を有する調査した基板の多くにおいて、所与の類似エッジの組から反射ないし散乱された電磁放射の前方または後方に比較的強い信号が得られた場合、その相補的な類似エッジ２８´の組はその反対方向に強い反射ないし散乱電磁放射を示す。例えば、図７のａないしｃにおいて、類似エッジ２６´の組が比較的強い前方反射ないし散乱電磁放射を生じるので、相補類似エッジ２８´の組は比較的強い後方反射ないし散乱電磁放射を生じる。基板によっては、所与の類似エッジの組からの反射または散乱電磁放射が一方向において優勢であると、該組に対して相補的なエッジの組からの反射ないし散乱電磁放射は反対において優勢となることが確認されている。その結果、図７のｄに示す信号検出用の相関器は主要な又はより強い信号を決定するために使用される。従って、図７のｂないしｄに示すように、波形２４０で表された相関器は波形２３９と２３９´により表される予期された比較的強い信号を探し、出力波形２４２´を送出する。この出力波形において零参照レベル２４４は、類似エッジ２８´の対または組を表す波形２３９と２３９´間の中心位置２４６´を規定している。同様に、相関器波形２４０を用いて、類似エッジ２６´の対または組からの比較的強い信号２３６と２３６´を検出することができ、その場合、相関器出力波形２４２が得られる。この相関器出力波形２４２において、零参照レベル２４４は類似エッジ２６´の対または組を表す波形２３６と２３６´間の中心位置２４６を得るために使用される。検出された位置２４６と２４６´は、図７のｆに示された測定中心位置２４８を得るために平均される。該測定中心位置２４８がウェーハマーク１６´により形成されたターゲットの中心位置Ｃである。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、基板、ウェーハマークまたはターゲットの種類に関わらずウェーハマークまたはターゲットの検出精度を向上させることができるという効果が得られる。半導体製造においては複数処理ステップのため、ウェーハターゲットまたはマークから得られた信号が比較的弱く、検出が難しいことが多い。本発明によれば、弱い信号のうちから比較的強いものを選択し、ノイズに埋もれた信号を検出するため、通常検出不可能または不確実だったウェーハターゲットの位置ないし中心を測定することができる。
【００１７】
さらに、類似エッジを組み合わせることにより、より正確で比較的プロセスインセンティブな位置およびアライメント情報を得ているため、この情報を用いてレチクルないしマスクとウェーハを半導体製造における順次処理工程においてより正確に位置合わせすることが可能となる。
【００１８】
このように本発明によれば半導体装置製造技術が一段と進歩し、より小さく高密度の半導体装置に必要とされる線幅または加工寸法の微細化に貢献でき、より高能率で高速の電子回路の生産に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第一の実施例を示すブロック図である。
【図２】図２は上部にアライメントマークとプロセスコーティングを有したウェーハの部分断面図である。
【図３】図３は第一実施例における信号の分析を示す図である。
【図４】図４はアライメントパターンの一例を示す図である。
【図５】図５はアライメントパターンの別の例を示す図である。
【図６】図６は本発明の第二の実施例を示すブロック図である。
【図７】図７は本発明の第二実施例における信号分析を示す図である。
【符号の説明】
１０  照明光源
１１  レチクル
１２、２１２  レンズ
１４  ウェーハ
１５  ウェーハステージ
１６、１１６、３１６  ウェーハアライメントマーク
１８  検出器
２１８  前方検出器
２１９  後方検出器
２０  類似エッジセレクタ
２２、２２２  信号アナライザ
２４  プロセスコーティング
２６、１２６、３２６  左エッジ
２８、１２８、３２８  右エッジ
Ｃ，Ｃ２  中心
２２０  類似エッジセレクタ
【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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