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図面 (20)

課題

ウエハプロセスの影響による計測誤差を低減するマーク位置計測方法及び装置を提供すること。

解決手段

基板に形成されたマークの位置を計測する計測方法において、 前記マークを照明するステップと、結像光学系を用いて前記マークの像をセンサ受光面に形成するステップと、前記センサにより前記マークの像を撮影して画像データを取得するステップと、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率および前記センサの撮像範囲の情報を用いて前記画像データの基本波及び高調波補正用データを設定する設定ステップと、前記補正用データを用いて前記画像データを補正するステップと、該補正された画像データを用いて前記マークの位置を算出するステップとを有することを特徴とする。

概要

背景

露光装置は、レチクルパターンの像をウエハに塗布されたレジスト投影して露光する。レチクルのパターンをより正確な位置に投影するためには、レチクルとウエハとの相対的な位置合わせ(アライメント)を高精度に行うことが重要である。

アライメントに用いられるマークアライメントマーク)はレチクルのパターンとともにウエハに露光転写される。そして、全ショットの中から事前に設定された複数のアライメントマークを光学系を用いて検出して、検出されたマークの位置に基づいて全ショットの配列を算出し、その算出結果に基づいてアライメントが行われる。

アライメントマークはウエハ間ショット間で形状がばらつくことがあり、マーク位置検出の際にウエハプロセスに起因する位置検出誤差(WIS:Wafer Induced Shift)が発生し、アライメント精度を低下させていた。これに対し、特許文献1ではオフセット較正によってWISを低減していた(特許文献1参照)。ここで、オフセット較正とは、アライメントマークの本来あるべき位置と実際に検出系により検出されたアライメントマークの位置とのずれ量を算出し、そのずれ量に基づいて検出された位置を補正することである。

マークの位置検出における補正として、光学系の伝達特性を予め求めておき、光学系の伝達特性の逆特性を示す関数でアライメントマークの画像データを補正(復元)する技術が開示されている(特許文献2)。なお、後述の装置起因の誤差(TIS)は光学系の伝達特性に含まれる。

概要

ウエハプロセスの影響による計測誤差を低減するマークの位置計測方法及び装置を提供すること。基板に形成されたマークの位置を計測する計測方法において、 前記マークを照明するステップと、結像光学系を用いて前記マークの像をセンサ受光面に形成するステップと、前記センサにより前記マークの像を撮影して画像データを取得するステップと、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率および前記センサの撮像範囲の情報を用いて前記画像データの基本波及び高調波補正用データを設定する設定ステップと、前記補正用データを用いて前記画像データを補正するステップと、該補正された画像データを用いて前記マークの位置を算出するステップとを有することを特徴とする。

目的

ここで、オフセット較正とは、アライメントマークの本来あるべき位置と実際に検出系により検出されたアライメントマークの位置とのずれ量を算出し、そのずれ量に基づいて検出された位置を補正することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板に形成されたマークの位置を計測する計測方法において、結像光学系を用いて前記マークの像をセンサにより撮影して画像データを取得するステップと、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率および前記センサの撮像範囲の情報を用いて定められる前記画像データの基本波及び高調波補正用データ、を設定する設定ステップと、前記補正用データを用いて前記画像データを補正するステップと、該補正された画像データを用いて前記マークの位置を算出するステップとを有することを特徴とする計測方法。

請求項2

前記設定ステップにおいて、前記補正用データは、複数のプロセス条件において前記基板に形成されるマークの画像データをシミュレーションにより前記プロセス条件ごとに予め算出し、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率および前記センサの撮像範囲の情報とを用いて前記画像データの基本波及び高調波について前記プロセス条件ごとに位相特性を予め算出して、各プロセス条件間における前記位相特性の差分に基づいて前記基本波及び前記高調波の補正用データとして予め定められたデータであることを特徴とする請求項1に記載の計測方法。

請求項3

前記基本波は、前記マークの計測方向の長さをa、前記結像光学系の結像倍率をβ、前記センサの受光素子ピッチをΔp、撮像範囲内画素数をNとすると、k=Δp×N/(β・a)(kは整数)に基づいて定められ、前記高調波は前記kの2以上の整数倍で定められることを特徴とする請求項1又は2に記載の計測方法。

請求項4

前記プロセス条件は、前記基板に形成されるマークの段差であることを特徴とする請求項2に記載の計測方法。

請求項5

前記プロセス条件は、基板に塗布される感光剤膜厚であることを特徴とする請求項2に記載の計測方法。

請求項6

基板に形成されたマークの位置を計測する計測装置において、前記マークの像を結像面に形成する結像光学系と、前記結像面に形成される像を撮影して画像データとして出力するセンサと、前記マークの位置を算出する算出部と、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率および前記センサの撮像範囲の情報を用いて定められる前記画像データの基本波及び高調波の補正用データを記憶する記憶部とを有し、前記算出部は、前記補正用データを用いて前記画像データを補正し、該補正された画像データを用いて前記マークの位置を算出することを特徴とする計測装置。

請求項7

光源からの光を用いてマスクを介して基板に露光する露光装置において、請求項6に記載の計測装置と、前記基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージの位置を制御する制御手段とを有し、前記計測装置が前記基板に形成されたマークの位置を計測し、前記制御手段により該計測の結果に基づいて前記基板ステージを制御して、前記基板を露光することを特徴とする露光装置。

請求項8

請求項7に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該露光された基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法

請求項9

基板に形成されたマークの位置を算出する算出方法であって、結像光学系及びセンサを用いて前記マークを撮影して得られた画像データを、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率及び前記センサの撮像範囲の情報を用いて定められる前記画像データの基本波及び高調波の補正用データを用いて補正するステップと、該補正された画像データを用いて前記マークの位置を算出するステップとを有することを特徴とする算出方法。

請求項10

基板に形成されたマークの位置をコンピュータに算出させるためのプログラムであって、結像光学系及びセンサを用いて前記マークを撮影して得られた画像データを、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率及び前記センサの撮像範囲の情報を用いて定められる前記画像データの基本波及び高調波の補正用データを用いて補正するステップと、該補正された画像データを用いて前記マークの位置を算出するステップとを前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

技術分野

0001

本発明は、マーク位置の計測方法及び算出方法に関する。

背景技術

0002

露光装置は、レチクルパターンの像をウエハに塗布されたレジスト投影して露光する。レチクルのパターンをより正確な位置に投影するためには、レチクルとウエハとの相対的な位置合わせ(アライメント)を高精度に行うことが重要である。

0003

アライメントに用いられるマーク(アライメントマーク)はレチクルのパターンとともにウエハに露光転写される。そして、全ショットの中から事前に設定された複数のアライメントマークを光学系を用いて検出して、検出されたマークの位置に基づいて全ショットの配列を算出し、その算出結果に基づいてアライメントが行われる。

0004

アライメントマークはウエハ間ショット間で形状がばらつくことがあり、マーク位置検出の際にウエハプロセスに起因する位置検出誤差(WIS:Wafer Induced Shift)が発生し、アライメント精度を低下させていた。これに対し、特許文献1ではオフセット較正によってWISを低減していた(特許文献1参照)。ここで、オフセット較正とは、アライメントマークの本来あるべき位置と実際に検出系により検出されたアライメントマークの位置とのずれ量を算出し、そのずれ量に基づいて検出された位置を補正することである。

0005

マークの位置検出における補正として、光学系の伝達特性を予め求めておき、光学系の伝達特性の逆特性を示す関数でアライメントマークの画像データを補正(復元)する技術が開示されている(特許文献2)。なお、後述の装置起因の誤差(TIS)は光学系の伝達特性に含まれる。

先行技術

0006

特開2004−117030号公報
特開2004−281904号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかし、このような位置検出誤差の原因はWISだけではない。例えば、露光装置(マーク検出用光学系)に起因する誤差(TIS:Tool Induced Shift)や、TISとWISとの相互作用による誤差(TIS−WIS Interaction)もアライメント精度を低下させる場合がある。WISの要因はアライメントマークの段差の大きさ(凹部の深さ)、アライメントマークの非対称性、レジストの塗布ムラなどである。TISの要因にはマーク検出用光学系の収差がある。

0008

TISをゼロにすることはできないため、TIS−WIS相互作用により、WIS(例えば、低段差マークやレジストの塗布ムラなど)が存在した場合に、アライメントマークの高精度な位置検出ができない場合がある。例えば、光学系は同じであっても、TISが存在するために、高い段差のアライメントマークにおける位置検出誤差よりも、低い段差のアライメントマークにおける位置検出誤差が大きくなる場合がある。

0009

特許文献2に記載の発明では、光学系の伝達特性を用いることが必須であるが、実際に光学系の伝達特性を正確に計測することは困難で、その計測誤差によりアライメントマークの画像データの復元精度劣化するおそれがある。また、TISの影響を小さくすることはできても、アライメントマーク段差やレジスト膜厚などのウエハプロセスの影響まで軽減できるとは必ずしもいえない。

0010

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ウエハプロセスの影響による計測誤差を低減するマーク位置計測方法及び装置を提供することを例示的目的とする。

課題を解決するための手段

0011

上記の課題を解決するために、本発明の第1の側面としての計測方法は、基板に形成されたマークの位置を計測する計測方法において、前記マークを照明するステップと、結像光学系を用いて前記マークの像をセンサ受光面に形成するステップと、前記センサにより前記マークの像を撮影して画像データを取得するステップと、前記マークの形状、前記結像光学系の結像倍率および前記センサの撮像範囲の情報を用いて前記画像データの基本波及び高調波補正用データを設定する設定ステップと、前記補正用データを用いて前記画像データを補正するステップと、該補正された画像データを用いて前記マークの位置を算出するステップとを有することを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明によれば、マークの位置計測において、ウエハプロセスの影響による計測誤差を低減することができる。

図面の簡単な説明

0013

露光装置100の概略ブロック図である。
マーク検出系150の主要な構成要素を示す図である。
アライメントマーク180Aの平面図及び断面図である。
信号処理部160が内蔵する主な機能モジュールを示すブロック図である。
信号処理部160における信号処理フローを示す図である。
2つのマーク段差におけるマークの画像データのシミュレーション結果の一例を示す図である。
基本周波数およびその高調波成分を説明するための図である。
検出シミュレーション信号フーリエ変換振幅特性及び位相特性を示す図である。
復元フィルタの一例を示す図である。
アライメントマークの位置を算出する方法を説明するための図である。
復元フィルタを用いて補正した場合と補正しない場合におけるアライメントマークの位置を示す図である。
復元フィルタの一例を示す図である。
3つのマーク段差に対して画像データをシミュレーションにより計算した結果である。
3つのマーク段差による検出シミュレーション信号をフーリエ変換した振幅特性及び位相特性を示す図である。
復元フィルタを用いて補正した場合と補正しない場合におけるアライメントマークの位置を示す図である。
ある画像データのフーリエ変換の振幅特性を示す図である。
評価用マーク350が設けられたSiウエハ131の平面概略図である。
X方向の計測用の評価用マーク350Aの平面図である。
評価用マークを用いた信号処理フローを示す図である。

実施例

0014

(第1実施形態)
図1は、露光装置100の概略ブロック図である。露光装置100は、照明光学系105を用いてレチクル(マスク)110を照明し、投影光学系120を介してウエハ(基板)130上に塗布されたレジストにレチクルのパターンの像を投影してウエハ130を露光する。

0015

露光装置100は、ウエハを保持して移動するためのウエハステージ基板ステージ)140、アライメントマークを検出するためのマーク検出系150、マーク検出系150からの出力信号を取得して演算処理を行う信号処理部160、制御部170を有する。ウエハには、前工程で下地パターン及びアライメントマーク180(図2に図示)が形成されている。ウエハは、ウエハステージに設けられたウエハチャックによって保持され、ウエハステージはウエハを所定の位置に位置決めする。

0016

マーク検出系150の結像光学系は、被検物としてのウエハ130上のアライメントマーク180を含む範囲の像を結像面に形成する。なお、照明光学系105は不図示の光源からの光を用いてレチクル110を照明する。

0017

制御部170はCPU及びメモリを有し、露光装置100の各部の動作を制御する。制御部170は、照明光学系105、レチクル110を保持するレチクルステージ(不図示)、ウエハステージ140及び信号処理部160と電気的に接続されている。制御部170は、信号処理部160からのアライメントマークの位置情報に基づいてウエハステージ140を制御する。それにより、ウエハ130の位置決めが行われる。

0018

次に、アライメントマーク180の検出原理を説明する。図2は、マーク検出系150の主要な構成要素を示す図である。図2を参照すると、光源151からの照明光は、ビームスプリッタ152で反射され、対物レンズ153を通り、ウエハ130上のアライメントマーク180を照明する。アライメントマーク180からの光(反射光回折光)は、対物レンズ153、ビームスプリッタ152、レンズ154を通り、ビームスプリッタ155で分割され、CCDなどのセンサ(撮像素子受光素子)156、157でそれぞれ受光される。ここで、152乃至155は、ウエハ130に形成されたアライメントマークの像を結像面に配置されているセンサの受光面上に形成する結像光学系を構成する。

0019

ここで、アライメントマーク180は、レンズ153、154により300倍程度の結像倍率に拡大され、センサ156、157の受光面に結像される。センサ156及び157はそれぞれ、アライメントマーク180のX方向及びY方向の位置ずれを計測するためのセンサである。

0020

なお、センサ156、157としてラインセンサーを用いてもよい。この場合、計測方向に対して垂直な方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズにより、計測方向に対して垂直な方向に集光して光学的に積分(平均化)するのが好ましい。X方向及びY方向の検出原理は同様なので、X方向の位置計測について説明する。

0021

アライメントマーク180は、各ショットのスクライブライン上に配置されており、例えば、図3(a)及び(b)に示す形状のアライメントマーク180Aを用いることができる。図3(a)及び(b)はアライメントマーク180Aの平面図及び断面図である。実際には、アライメントマーク180Aの上にはレジストが塗布されているが、図3では省略している。

0022

アライメントマーク180Aは、図3(a)に示すように計測方向であるX方向に4μm、非計測方向であるY方向に30μmの矩形マーク要素182AをX方向に等間隔20μmピッチで4つ並べられている。マーク要素182Aの断面構造は、図3(b)に示すように凹形状である。

0023

図3(c)は、図3に示すようなアライメントマークをマーク検出系150で光学的に検出した結果(光強度分布)を示すグラフである。一般的には、アライメントマークのエッジ部での高周波成分がカットされている。これは、マーク検出系150のレンズ153及び154のNAに入らない大きな角度でエッジ部の散乱光が発生し、アライメントマークからの光りの全てがマーク検出系150を通過することができなくなるためである。そのため、マーク検出系150では必ずマークの情報の劣化が発生し、高周波成分がカットされる。

0024

図4は信号処理部160が内蔵する主な機能モジュールを示すブロック図である。なお、センサ(156、157)および結像光学系(153乃至155)を含むマーク検出系150と信号処理部160とは、アライメントマークの位置を検出する検出装置を構成する。

0025

センサ156及び157がアライメントマーク180を撮影することによって検出されたアナログの画像データ(検出信号)は、信号処理部160のA/D変換器161に送られ、A/D変換器161によりデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号はメモリ等の記録装置(記憶部)162に記憶される。算出部163は、記録装置162に記録されているデジタル信号を用いて、後述の方法を用いて画像データの補正(検出信号の復元)を行い、補正された画像データに対してデジタル信号処理を行い、アライメントマークの位置を検出する。CPU165は、A/D変換器161、記録装置162、算出部163と接続され、コントロール信号を出力してそれぞれの動作を制御する。通信部166は、図1に示す制御部170と通信を行い、必要なデータ、コントロール指令等のやり取りを行う。

0026

算出部163で行われる信号処理方法には、画像のエッジ部分を検出し、エッジの位置を計算する方法、テンプレートによるパターンマッチング法対称性マッチング法などがある。

0027

なお、センサ156および157は、2次元センサでも1次元センサでもよい。ただし、アライメントマークのX方向及びY方向の計測が独立の構成であるので、上記の信号処理は1次元データの信号処理である。したがって、例えば、センサ156及び157が2次元センサの場合は、マーク検出系150で取得した2次元の信号を位置計測方向に積算して平均化を行い、1次元のライン信号に変換してから信号復元を行う。また、算出部163に限らず、例えば、露光装置外コンピュータソフトウエアプログラム)を実行することによって、信号復元及びマークの位置算出を行ってもよい。

0028

信号処理部160における信号処理方法を、図5に示すフローにしたがって説明する。

0029

まず、対象とする露光装置のマーク検出系150の結像光学系の収差情報を取得する(S100)。記憶装置162に記憶された収差情報を読み出すことによって取得してもよいし、収差の測定データを外部装置から直接取得してもよい。収差情報には、結像光学系のコマ収差球面収差など種々の収差情報が含まれている。例えば、コマ収差に着目すると、コマ収差情報には設計値製造誤差が含まれており、製造誤差を計測することで設計値と製造誤差を含めたコマ収差情報を求めることができる。なお、コマ収差情報以外でも、後に説明するS110の信号シミュレーションの入力として設定できる情報、例えば照明系の均一性色収差などの情報も、コマ収差情報と同様の方法により予め取得しておくことが必要である。

0030

次に、シミュレーションにより、複数のアライメントマークの画像データを計算する(S110)。具体的には、アライメントマークの計測方向の大きさa、計測ピッチΔp、計測対象画素数N(撮影範囲)、マーク検出系の結像光学系のNA、照明系のσ、照明波長λ、S100で取得した収差情報を入力データとする。そして、ウエハプロセスとして考慮するアライメントマークの段差(凹部の深さ)dを変化させながら、構造複屈折を考慮したシミュレーションによって、アライメントマークの画像データを複数計算する。

0031

ここで、本実施形態では、例えばウエハプロセスに相当する段差を2種類(d1、d2)選ぶ。d1とd2は、基準となるマーク段差d0に対して、その差分Δd(例えば50nm)がウエハプロセスにより変動する大きさを考慮して、

0032

0033

このように設定する。

0034

また、基準となるマーク段差が与えられていないような場合や、ウエハプロセスの変動分が未知であるような場合がある。それらの場合には、d1とd2として、例えば、結像光学系のコマ収差の影響によってセンサで得られる信号のずれ量(マーク中心からの位置ずれ)の差が大きくなる組み合わせで設定してもよい。これは、もともとずれ量の差が小さなマーク段差の組み合わせよりも、ずれ量の差が大きいマーク段差の組み合わせに対して、本実施形態における信号処理を適用して該ずれ量の差を小さくすべき(つまりプロセスロバスト性を高めるべき)という考えに基づいている。

0035

一般に、同じコマ収差の場合は、光強度のコントラストが低い信号のほうが、高い信号よりもずれ量が大きいといえる。したがって、ずれ量の差が大きい、すなわちコントラストが低いマークと高いマークの組み合わせとなるように、段差d1とd2を設定してもよい。コントラストが低い段差とは、たとえば、照明波長λとすると、d=λ/2のときであり、本実施形態では、照明波長をλ=600nmとして、コントラストが高い段差をd1=200nmとし、コントラストが低い段差をd2=300nmとして計算した。図6は、d1=200nm、d2=300nの二つのマーク段差におけるアライメントマークの画像データのシミュレーション結果の一例である。

0036

次に、シミュレーションにより計算された複数のアライメントマークの検出シミュレーション信号から、ウエハプロセス条件の変化に伴う位相特性(プロセス条件間の位相特性)の差を算出する(S120)。具体的には、図6に示すような2種類のマーク段差d1、d2に対する2つの検出シミュレーション信号をフーリエ変換して、後述する基本周波数(基本波)およびその高調波成分における位相特性を計算する。

0037

ここで、検出シミュレーション信号のスペクトルには、基本周波数とその高調波成分からなる調波構造が表れることに着目した。さらに、その基本周波数がアライメントマークの形状に基づいて決まることを見出した。

0038

基本周波数およびその高調波成分について図7を用いて説明する。例えば、図3のアライメントマークを例にとると、マーク要素182Aの線幅(x方向の長さ)をa、結像光学系の結像倍率をβ、センサの画素ピッチをΔp、x方向のおける撮像範囲内の画素数をNとする。離散化した画像データf(k)(k=0・・・N−1)のうち、基本周波数に相当する離散データk(=k1)は、式2で求めることができる。

0039

0040

式2の右辺実数値を取りうるため、k1は四捨五入をして整数にしたものである。続いて、式2で求めたk1を基本周波数として、その高調波は基本周波数の2以上の整数倍調波成分として決定すればよい(図7)。なお、基本周波数とその高調波成分をまとめてハーモニック周波数と呼ぶこととする。

0041

次に、ハーモニック周波数のなかでも、位相特性が大きく変化する周波数と小さい周波数があることを見出した。ハーモニック周波数における位相特性はウエハプロセスにより変化し、さらに周波数によって変化量が異なる。図8には、2つのマーク段差における検出シミュレーション信号をフーリエ変換した結果を示す。図8(a)は、検出シミュレーション信号のフーリエ変換の振幅特性、図8(b)は位相特性を示している。

0042

なお、ハーモニック周波数における位相特性は、ハーモニック周波数に相当するスペクトルのピークにおける位相特性だけではなく、ピーク近傍の数点の位相特性を平均して位相特性としてもよい。たとえば、図8のA1、A2,A3のようにハーモニック周波数近傍を領域で考えて、領域内の複数の点における位相特性を平均してハーモニック周波数における位相特性としてもよい。図8(a)および図8(b)を参照すると、A1、A2、A3に相当するハーモニック周波数近傍のスペクトルが大きく、マーク段差により位相特性が変化していることが示されている。基本周波数に相当するA1を1次、その高調波成分を周波数の低いA2のほうから順に2次、3次とする。

0043

次に、ハーモニック周波数の各周波数における位相特性の差に基づいて、補正用データ(復元フィルタ)を設定する(S130)。そして、実際にアライメントマークを検出して(S140)、S130で設定した補正用データを用いて算出部163が画像データを補正(復元)する(S150)。

0044

実際の画像データ(図3(c))は複数のマーク要素に関する信号を含むので、マーク要素ごとに復元を実施する。以下では、1つのマーク要素に関する信号復元を説明する。図8(c)は、図8(b)に示したマーク段差が200nmと300nmとにおける位相特性の差分(位相差)を示しており、1次、2次に比べて3次のハーモニック周波数の位相特性の差が小さい結果が示されている。図8(c)においてA1、A2、A3の領域で位相特性の差を平均すると、図8(d)のようになり、3次のハーモニック周波数が最も位相特性の差が小さいので、3次のハーモニック周波数の振幅特性のみを強調するようにしてもよい。

0045

つまり、復元フィルタKを図9(a)のように3次のハーモニック周波数においてα(>1)を設定して、式3に従って、画像データのスペクトルを補正する。

0046

0047

さらに、式3に従って、復元信号f´を算出する。

0048

0049

ここで、Kは復元フィルタ、Gは画像データのフーリエ変換、F´は復元した画像データのフーリエ変換、FT−1はフーリエ逆変換である。

0050

本実施形態では、3次の周波数における位相特性の差が最小であったが、2次の周波数における位相特性の差が最小の場合は、図9(b)のように2次のハーモニック周波数において、α(>1)を設定してもよい。また、1次の周波数における位相特性の差が最小の場合は、図9(c)のように1次のハーモニック周波数においてα(>1)を設定してもよい。

0051

最後に、算出部163は、S150で補正された復元信号f´を用いて、アライメントマークの位置を算出する(S160)。図10(a)、(b)及び(c)は、アライメントマークの位置を算出する方法を説明するための図である。図10(a)は対象とするアライメントマークを検出した画像データy(x)である。画像データy(x)に対して、区間L及び区間Rを設定し、ランダムノイズを除去した後、一次微分した信号y´(x)に対して、区間Lにおける最小値を示すx座標と、区間Rにおける最大値を示すx座標との中点を用いてマークの位置を算出する(図10(b))。なお、一次微分信号y’(x)は離散信号であるために、当該最小値、最大値付近は、関数近似などでサブピクセル補間処理を行えばよい。

0052

図10(c)は、アライメントマークの位置を算出する別の方法を示す図である。画像データy(x)に対して、S1、S2、・・・Smのようなスライスレベルを設定して、区間Lにおけるスライスレベルとの交点を示すx座標と、区間Rにおけるスライスレベルとの交点を示すx座標との中点を、当該スライスレベルごとに算出する。そして、最後にスライスレベルごとの中点の平均値を求めて、マークの位置として算出する。ここで、スライスレベルと画像データy(x)との交点に関しては、離散的な画像データy(x)をスライスレベル近傍で線形補間することによってサブピクセル精度でx座標を算出する。なお、図10(b)、図10(c)に示した方法以外にも、テンプレートによるパターンマッチング法など、種々のマーク位置検出方法を適用することができる。

0053

次に、算出されたアライメントマークの位置に基づいて、ウエハのアライメントを行い(S170)、ウエハを露光する(S180)。

0054

図11(a)は、図6に示した2つのマーク段差におけるアライメントマークの画像データに対して、図9(a)の復元フィルタを用いて補正した場合と補正しない場合におけるアライメントマークの位置を示す図である。図11(b)は、補正ありと補正なしのそれぞれにおいて、マーク段差間における結果の差分を示す図である。図11(b)を参照すると、本実施形態の補正処理を行って画像データを補正したほうが、マーク段差によるマークの位置のばらつきが小さく、ウエハプロセスに対してロバストであることが分かる。

0055

なお、デジタル信号f(k)(k=0・・・N−1)におけるフーリエ変換の位相をθ(k)、サンプリング間隔をΔs、サンプル数をN、周波数分解能をΔfとする。ΔfとΔs、Nとの関係は式5で示されるため、本実施形態における位相特性は、式6に示す実空間での位置ずれ量Δφに換算している。

0056

0057

0058

S150で画像データを補正せずに、1次から3次までのハーモニック周波数のうち、位相特性の差が最小のハーモニック周波数の位相特性だけに着目して、これをアライメントマークの位置ずれであるとみなして、アライメントに使用することもできる。しかし、実際に画像データの計測方向のサンプリング間隔(Δs)は有限であり、十分な空間分解能を満たしていないような場合は、式6で示されるように、フーリエ変換後の周波数分解能Δfが粗くなってしまい、それに伴いハーモニック周波数の誤差を生じる。従って、上記位相特性の差が最小のハーモニック周波数だけの位相特性(位置ずれ)だけで位置ずれを代用しようとすると、要求するサブピクセル精度を満足することができない可能性がある。従って、S150で示したように、復元フィルタを用いて空間軸上に画像データを補正しておき、該補正した画像データに対して、サブピクセル精度でマークの位置を算出したほうがよい。

0059

また、本実施形態では、ハーモニック周波数が1次から3次までの周波数の位相特性について記載した。ただし、例えば、3次以上のハーモニック周波数に対しても、同様に位相特性の差を計算して、3次までのハーモニック周波数の位相特性と比較することにより、信号補正を行ってもよい。

0060

以上のように、光学系にコマ収差などの収差が存在すると、アライメントマーク構造ウエハプロセス誤差(WIS)との相互作用により、画像データが歪み、アライメントマークの位置の検出誤差が生じる場合がある。

0061

そのため、本実施形態によれば、画像データを補正したものに対してアライメントマークの位置検出を行うことにより、検出精度を向上させることができ、高精度なアライメントが可能となる。つまり、マークの位置の検出において、アライメント信号に対してウエハプロセスの影響を小さくすることができる。

0062

(第2実施形態)
本実施形態では、ハーモニック周波数A1,A2、A3における位相特性の差に応じて復元フィルタの重み係数αを設定する。本実施形態は、図8(d)における3つのハーモニック周波数における位相特性の差が、Δφ1、Δφ2、Δφ3とすると、それぞれの逆数1/Δφ1、1/Δφ2、1/Δφ3に基づいて重み付けを行う。具体的には、ハーモニック周波数A1、A2およびA3における復元フィルタの係数α1、α2およびα3を式7のように決定する。

0063

0064

図12(a)は、式7に従って重み付けした復元フィルタKの一例を示す。図12(a)の復元フィルタの重み付け係数αはすべて0より大きな値であるが、これに限らず、様々な場合が適用でき、例えば図12(b)のようにハーモニック周波数のうち位相特性の差の大きな成分のフィルタ係数αを0より小さい値にしてもよい。これにより、位相特性の差が大きな成分(この場合1次のハーモニック周波数)をほかの周波数成分よりも影響を小さくする効果が見込まれる。

0065

なお、第1実施形態の復元フィルタの係数は、第2実施形態における復元フィルタの係数α1、α2、α3のうち、位相特性の差が最小でないハーモニック周波数の係数の重みをすべてゼロにしたものである。

0066

本実施形態によれば、より多くの種類の復元フィルタを設定することができ、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。

0067

(第3の実施形態)
本実施形態では、マーク段差を3つ以上とした場合について説明する。例えば、基準となるマーク段差をdとして、ウエハプロセスの変動によるマークの段差の差分をΔdとした場合に、3つの段差は式8で示される。

0068

0069

図13は、d1=100nm、d2=200nm、d3=300nmの3つのマーク段差に対して、画像データをシミュレーションにより計算した結果である。ここで信号シミュレーションに用いた、アライメントマークの大きさ、照明系σ、光学系NAは、第1の実施形態と同様の条件を用いている。ただし、収差情報は、第1の実施形態とは別の露光装置のアライメント光学系で計測した値を用いている。

0070

図14(a)は、3つのマーク段差による検出シミュレーション信号をフーリエ変換した振幅特性と示し、図14(b)は位相特性を示す。図14(c)は、図14(b)の位相特性からマーク段差変化による位相特性の差(3つのマーク段差による位相特性のうち最大値と最小値の差分)を示している。図14(c)を参照すると、1次、2次、3次のハーモニック周波数のうち、2次のハーモニック周波数が段差変化による位相特性の差が小さいことが示されている。

0071

図14(d)に、図14(c)におけるA1,A2,A3の領域で位相特性の差を平均したものを示す。例えば、2次のハーモニック周波数が最も位相特性の差が小さいので、2次のハーモニック周波数の振幅特性に重み係数を設定する。つまり、図9(b)に示すような、復元フィルタを用いて、算出部163にて画像データを補正して、第1の実施形態と同様のアライメントマークの位置を算出する。

0072

図15(a)は、3つマーク段差における画像データに対して、図9(b)の復元フィルタを用いて信号復元を行って算出したアライメントマークの位置と、画像データを補正せずに算出したアライメントマークの位置を示す図である。図15(b)は、補正ありと補正なしのそれぞれにおいて、マーク段差間における結果の差分を示す図である。図15(b)を参照すると、本実施形態の補正処理を行って補正したほうが、マーク段差変化によるマークの位置のばらつきが小さく、ウエハプロセスに対してロバストであることが分かる。

0073

本実施形態によれば、より多くの種類のマークの段差(ウエハプロセス)を考慮することでより適切な復元フィルタを設定することができ、マークの位置検出精度を向上させることができる。

0074

(第4の実施形態)
本実施形態では、復元フィルタの重み付け係数を位相特性の差以外に基づいて決定する。例えば、ある画像データのフーリエ変換の振幅特性が図16のように与えられた場合、ハーモニック周波数A1,A2,A3の振幅特性をそれぞれP1、P2、P3とする。それぞれの逆数1/P1、1/P2、1/P3に基づいて、復元フィルタの係数α1、α2、α3を設定してもよい。つまり、ハーモニック周波数の振幅特性を用いて復元フィルタを設定する。具体的には、ハーモニック周波数A1、A2およびA3における復元フィルタの係数α1、α2およびα3を式9のように決定する。

0075

0076

また、他の例として、ウエハプロセスの変動に伴うハーモニック周波数の振幅特性の差に基づいて復元フィルタを設定してもよい。例えば、ウエハプロセスに相当する複数の段差に対するハーモニック周波数の振幅特性の差を、ΔP1、ΔP2、ΔP3とすると、それぞれの逆数1/ΔP1、1/ΔP2、1/ΔP3を用いて復元フィルタの係数α1、α2、α3を決定してもよい。具体的には、式10に従い、ハーモニック周波数A1、A2およびA3における復元フィルタの係数α1、α2およびα3を決定する。

0077

0078

(第5の実施形態)
本実施形態では、例えば、ウエハのエッチング処理によって段差を変えた複数のマークを実際に計測することによって、復元フィルタの係数を決定する。

0079

図17は評価用マーク350が設けられたSiウエハ131の平面概略図である。評価用マーク350からの反射光はマーク検出系150によって結像され、ウエハ上のアライメントマークと同様にセンサ156、157上で受光される。X方向の計測のための評価用マークが350Aであり、Y方向の計測のための評価用マークが350Bである。Y方向の計測のための評価用マーク350Bは、X方向の計測のための評価用マーク350AをZ軸を中心に90度回転させたものである。以下は、X方向の計測のための評価用マーク350Aの詳細について図18を用いて説明する。

0080

図18(a)はX方向の計測用の評価用マーク350Aの平面図を示す。本実施形態における評価用マーク350Aは、後述する段差の異なるマーク要素352Aを計測方向に等しい間隔で配置した3つのマーク要素を有するものとする。また、評価用マーク350Aの平面形状は、図3に示したアライメントマーク180Aと同一の平面形状をしている。図18(a)における評価用マーク350Aは、マーク要素352Aが、図3のアライメントマークのマーク要素180Aと同じく、X方向の幅が4μm、Y方向の幅が30μmであり、マーク要素間隔Lも、図3と同様に計測方向にL=20μmで配置されている。

0081

また、図18(b)は評価用マーク350Aの断面図を示したものであり、評価用マーク350Aのマーク要素352Aの段差d1=200nmに対して、一部のマーク要素の段差がd2=300nmと異なるように設定されている。d1とd2の段差の変化分については、第1の実施形態で説明したのと同様に、対象とするウエハプロセスの変動を考慮した値を設定するのが望ましい。ここで、評価用マークの平面形状と段差とを含む情報をそのマークの形状情報とする。

0082

次に、評価用マークを用いた信号処理方法を図19のフローに従って説明する。まず、評価用マークをマーク検出系150を用いて計測する(S200)。次に、評価用マークの画像データを3つのマーク要素に分割する(S210)。このとき、マーク要素の間隔の設計値をLとすれば、分割幅もLにするのが望ましい。次に、3つに分割した複数の評価用マークの画像データに対して、フーリエ変換を行って位相特性を算出し、ハーモニック周波数における位相特性の差を算出する(S220)。3つに評価用マークを分割されている場合は、ハーモニック周波数における3つの位相特性の最大値と最小値とのレンジを位相特性の差として算出する。

0083

次に、ステップ220で算出された位相特性の差に基づいて、復元フィルタの係数を設定する(S230)。復元フィルタの係数の設定方法は、前述の実施形態に記載したものと同様の設定でよい。実際の画像データに対して、設定した復元フィルタを用いて補正する。実際の画像データが複数のマーク要素を有している場合は、マーク要素ごとに補正を行う。最後に、補正した画像データを用いてマーク位置を算出する(S240)。

0084

なお、アライメントマークが複数のマーク要素を有する場合は、ステップ240でマーク要素ごとに算出されたマーク要素の位置を平均することで、アライメントマークの位置を算出してもよい。

0085

なお、これまでの実施形態では、ウエハプロセスとしてマーク段差について記載してきたが、これに限らず、ウエハプロセスとして変動する要因であればよく、例えば、レジストの膜厚を用いてもよい。基準となるレジスト膜厚をRt、ウエハプロセスの基準となるレジスト膜厚をRtとして、Rtに対して、その差分ΔRtがウエハプロセスにより変動する大きさを考慮して、

0086

0087

このように設定して、2つのレジスト膜厚R1、R2に対して第1の実施形態と同様の補正処理を行うことができる。

0088

また、レジスト膜厚を

0089

0090

このように設定して、3つのレジスト膜厚R1、R2、R3に対して、第2の実施形態と同様の補正処理を行ってもよい。また、ウエハプロセスの変動としてレジスト膜厚とマーク段差の両方を考慮してもよい。

0091

また、マークの検出は、露光装置におけるアライメントマークの検出に限定されず、例えば、重ね合わせ検査装置で用いられる、重ね合わせ検査用のマークのような種々の計測用マークの検出に関しても適用することができる。

0092

次に、前述の露光装置を利用したデバイス半導体IC素子液晶表示素子等)の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板(ウエハ、ガラス基板等)を露光する工程と、その基板(感光剤)を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチングレジスト剥離ダイシングボンディングパッケージング等が含まれる。本デバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

0093

130ウエハ
150マーク検出系
156、157センサ
160信号処理部
163 算出部
170 制御部
180 アライメントマーク

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