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JP4309541B2 - Aberration measurement method and aberration measurement mark - Google Patents

Aberration measurement method and aberration measurement mark Download PDF

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JP4309541B2
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591Testing optical components
    • G03F7/706Aberration measurement

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置に搭載されるアライメント装置収差測定方法、及び収差測定マークに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、露光装置に搭載されるアライメント装置は、大別して以下の3つの方式に分類することができる。第1の方式はアライメントマークにレーザを照射し、このアライメントマークからの散乱光を検出するものである。第2の方式は、CCDカメラの受光面に拡大光学系を介して得られるアライメントマークの像を投影し、画像処理技術を用いてアライメントマークの位置を測定するものである。第3の方式はへテロダイン干渉を利用するものである。例えば、第1の方式を用いたものとしてニコン社製のLSAセンサ、第2の方式を用いたものとしてニコン社製のFIAセンサやキャノン社製のアライメントセンサ、第3の方式を用いたものとしてニコン社製のLIAセンサやASML社製のATHENAがある。
【0003】
実際の半導体装置の製造において要求されるアライメント装置の性能の判断は、2つの段階がある。第1の段階は信号がもれなく検出できるか否かであり、汎用性の高さが要求される。第2の段階は測定精度及び精度の安定性である。第1の方式のアライメント装置は、第1の段階において優れている。すなわち、第1の方式のアライメント装置は、信号検出のもれが少なく、汎用性が高いという特徴がある。しかしながら、半導体装置の微細化に伴い、第1の方式のアライメント装置は、第2の段階のある精度において、充分であるとは言い難い状況になりつつある。
【0004】
このため、第2の方式に属するアライメント装置への期待が高まりつつある。すなわち、アライメント信号が検出さえできれば、第1の方式よりも第2の方式の方が高いアライメント精度が期待できる。従って、今後は、アライメントマークのデザインや断面構造の調整によって汎用性の低さを補い、第2の方式のアライメントセンサを積極的に用いるようになると考えられる。
【0005】
図9は、第2の方式に属する本発明の対象とするアライメント装置の模式図を示す。図9において、1は照明光学系を示し、2は照明光学系1に光を照射するハロゲンランプを示し、3は照明光学系2からの光を通す対物レンズを示す。4は基板を示し、101は基板4上に形成されたアライメントマークを示す。5はアライメントマーク101の反射光を拡大する拡大投影光学系を示し、6は拡大光学系5で拡大されたアライメントマーク101の像を受光するCCDカメラを示す。81はレチクル、82は電子光学系を示す。
【0006】
図9に示すように、照明光学系1を介してハロゲンランプ2からの光を対物レンズ3に通し、基板4上に形成されたアライメントマーク101に落射照明する。アライメントマーク101近傍で反射した光は拡大投影光学系5によってCCDカメラ6の受光面にアライメントマークの像を結像する。ここで、アライメントマーク101は、通常図20に示すようなマークが用いられる。このマークは、幅6μmの帯状パターンが周期12μm毎に7本並べた構造をしており、各帯状パターン溝状あるいは凸状の断面構造をしている。また、アライメント装置は、アライメントマーク101の6μmパターンのエッジ信号から、アライメントマークの位置を測定している。
【0007】
このような第2の方式に属するアライメント装置の欠点である汎用性の低さを克服するため、文献1(SPIE vol.3051,P.836-845)により、低段差のアライメントマークでの検出性能を高めた改良型のアライメント装置が報告されている。また、現在は、文献1に記載された位相シフト型のアライメント装置も提案されている。
【0008】
この文献1に記載されたアライメント装置は、マークのコントラストが小さく、段差も小さいアライメントマークに対しても良好な信号が得られる。具体的には、図9に示すように、照明光学系1のレンズ間に照明絞り8が配置され、拡大投影光学系のレンズ間に180°位相板9が配置される。従って、レンズの中心付近を通る光のみ、位相を180°反転させる。これにより、従来では良好なアライメント信号が得られなかったアライメントマークに対しても、アライメントが可能となる。
【0009】
この照明絞り8と位相板9を図21(a)及び図21(b)に示す。図21(a)は照明絞り8の平面図を示し、図21(b)は位相板9の平面図を示している。図21(a)及び図21(b)に示すように、照明絞り8と位相板9は相似形をしている。照明絞り8の遮光部92に対応する位相板9の透過部95は透明膜で形成され、この透過部95は透過部95以外の透過部96に対して位相が180°シフトされている。
【0010】
しかし、第2の方式でアライメントを行う場合、拡大光学系5の収差や光軸ずれ等のいわゆる製造誤差によって、マーク位置の測定値にずれが生じる。この測定値のずれ、すなわち測定位置が騙される量がアライメントオフセットの一要因であると考えられる。また、このアライメントオフセットはアライメントセンサ毎に差があるだけでなく、マークのデザインや断面構造等によっても差が生じることが予想される。すなわち、アライメントオフセットには、露光装置間、すなわち露光装置毎のアライメントオフセットの他、同一露光装置内で生じるアライメントマークの構造の違いにより発生するアライメントオフセットも含まれる。
【0011】
同一のアライメントマークを用いたアライメントにおいて、アライメント装置毎にアライメントオフセットに差が発生するのは、アライメントマークの像を検出器上に投影する光学系の収差に原因があると考えられる。同様に、同一のアライメント装置を用いたアライメントにおいて、マーク構造の異なるアライメントマーク毎にアライメントオフセットに差が発生するのは、光学系の収差に原因があると考えられる。
【0012】
従来では、このようなアライメントオフセットは、アライメントセンサ毎やアライメントマークの構造の違い毎に予め補正値を持つことで回避していた。しかし、今日要求されるアライメントの精度が益々厳しくなっている。また、露光装置を混用するケースが増えている。このため、要求されるアライメント精度に到達することが困難である。従って、アライメントオフセット自体を無くすことの重要性が増している。
【0013】
アライメント装置の収差や調整誤差等と、アライメントマークの断面形状やその層構造の相互作用によって、アライメントオフセットが発生することは、従来から文献2(Jpn.J.Appl.Phys.Part1,No.12(2),Vol.36(1997)pp.7512-7516) で報告されている。この文献2では、アライメントオフセットの発生原因としてアライメントマークの段差に着目し、段差の高さと、アライメント信号の対称性を調査している。
【0014】
また、従来では、予めレンズを単体で調整した後、このレンズをアライメント装置に組み込む。そして、テストマークでのアライメント信号の対称性をもとに、組み込み後の調整を行う。このため、レンズ単体での調整のみで高精度な調整を行うことは困難である。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のアライメント装置では、アライメントを行う場合に拡大光学系の収差によってマーク位置の測定値にずれが生じる。この測定値のずれは、露光装置毎に発生するのみではない。この測定値のずれは、同一露光装置内においても、アライメントマークの構造の違いによっても発生する。
【0016】
本発明の目的は、アライメント装置毎あるいはアライメントマーク毎に差が生じているアライメントオフセットを低減するアライメント装置収差測定方法、及び収差測定マークを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために以下に示す手段を用いている。
【0019】
本発明の収差測定方法は、下地基板に形成され、パターン幅の太い大パターンからなる第1のマーク部と、該大パターンよりもパターン幅の細い小パターンからなる第2のマーク部を有し、該大パターンと小パターンは少なくとも一の方向に互いに平行して近隣に配置されている収差測定マークを照明光学系を介して照明し、前記収差測定マークの像を、拡大光学系を用いて検出器の受光面に投影し、前記収差測定マークの前記大パターンと前記小パターンの位置を検出し、前記大パターンと前記小パターンの位置に基づいて収差を測定する。
【0020】
望ましくは、前記収差測定マークの前記大パターンと前記小パターンの少なくとも一方は、アライメントに用いられる光学系の分解能では観察できない複数の微細パターンにより構成され、該微細パターンが密集して前記大パターンあるいは前記小パターンとして機能する。
【0021】
また、望ましくは、前記収差の測定は、実デバイスのパターン露光のアライメントの際に行うものであり、前記収差測定マークはアライメントマークとして機能する。また、前記収差の測定は、アライメント装置の調整により行う。さらに、前記収差の測定は、実デバイスのパターン露光のアライメントの際に行うものであり、前記収差測定マークはアライメントマークとして機能し、前記大パターンの位置と前記小パターンの位置の差から前記収差測定マークの騙され量を算出し、前記大パターンの位置及び前記小パターンの位置の少なくとも一方と、前記騙され量に基づいて前記収差測定マークの正しい位置を算出する。
【0022】
本発明の収差測定マークは、パターン幅の太い大パターンからなる第1のマーク部と、該大パターンよりもパターン幅の細い小パターンからなる第2のマーク部を有し、該大パターンと小パターンは少なくとも一の方向に互いに平行して近隣に配置されており、該パターンに光を照射して得られるパターン像から収差を測定する。
【0023】
望ましくは、前記大パターンと小パターンの少なくとも一方を中心として他方が対称な位置に形成されている。また、前記大パターンと小パターンは任意の構成比で構成され、かつ交互に複数形成されている。また、前記大パターンと前記小パターンの少なくとも一方は、アライメントに用いられる光学系の分解能では観察できない複数の微細パターンにより構成され、該微細パターンが密集して前記大パターンあるいは前記小パターンとして機能する。また、前記大パターン及び小パターンは、アライメントマークとして形成されている。
【0024】
本発明では、検出器で収差測定マークの中心と、コマ収差の中心を検出し、この検出結果に基づき拡大光学系に設けられたコマ収差の偏心成分を平行移動させる光学系によりコマ収差の中心を収差測定マークの中心に合わせるように調整する。これにより、露光装置間同士で生ずる、又はアライメントマークの構造に起因するアライメントオフセットを低減することができる。
【0025】
特に、収差測定マークとして、大パターンと小パターンが並んで形成されているパターンを用いる。このパターンを有する収差測定マークのパターン間の間隔を検出器で検出すると、コマ収差の偏心によりパターン間隔が一定でなくなる。このコマ収差はレンズの中心に対して対称で、外側へ行くほど大きくなる傾向があるはずであるが、コマ収差の分布が偏心していると対称にはならず、この偏心したコマ収差が、パターンの構造やアライメント装置の種類によるオフセットの原因の一つとなる。従って、このパターン間隔のずれを測定することにより、コマ収差の大きさを見積もることができる。
【0026】
また、このパターンを持つ収差測定マークを用いた場合には、コマ収差の偏心成分を平行移動する光学系により主光線を検出するパターン間隔が一定になるように調整することで、拡大光学系の中心に対してコマ収差を対称にすることができ、アライメント装置間又はアライメントマーク間のオフセットを低減することができる。
【0027】
また、平行平面板を拡大光学系に組み込み、その傾きの調整により主光線を平行移動させることにより、調整に伴う収差分布形状の変化がないため、簡単且つ迅速な調整が可能となる。
【0028】
さらに、収差測定マークをアライメントマークとして用いることにより、収差測定とともにアライメントが可能となる。従って、アライメントマークの位置を測定すると同時に、アライメント装置のコマ収差の大きさを測定することができる。これにより、アライメントオフセットを予め補正したアライメントを実現することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【0030】
(第1実施形態)
図1乃至図3を参照して、本発明の第1実施形態に係るアライメント装置の調整方法を説明する。
【0031】
図1は、本実施形態に係るアライメント装置の全体構成を示す模式図である。図1において、1は照明光学系を示し、2は照明光学系1に光を照射するハロゲンランプを示し、3は照明光学系2からの光を通す対物レンズを示す。4は基板を示し、5は基板4からの反射光を拡大する拡大投影光学系を示し、6は拡大光学系5で拡大された基板4の像を受光するCCDカメラを示す。8は照明光学系1のレンズ間に配置された照明絞りを示し、7は拡大光学系5とCCDカメラ6の間に配置された平行平面板を示し、7’は平行平面板7の傾きを調整する傾き調整機構を示す。
【0032】
図1に示すように、照明光学系1を介してハロゲンランプ2からの光を対物レンズ3に通し、基板4上に形成された収差測定マークに照明する。収差測定マーク付近で反射した光は拡大投影光学系5を介してCCDカメラ6の受光面に収差測定マークの像を結像する。
【0033】
拡大光学系5とCCDカメラ6の間には傾き調整可能な平行平面板7が配置されている。この平行平面板7の傾きを調整することにより、平行平面板7と基板4の間の主光線を平行に移動させることが可能となる。この平行平面板7には傾き調整機構7’が接続されており、この傾き調整機構7’により平行平面板7の傾きを調整することができる。このように、収差分布を平行移動させる機能は、拡大光学系に平行平面板7を組み込み、この平行平面板7の傾きを調整することによって実現される。
【0034】
このように、平行平面板7の傾きを調整して収差分布を平行移動させる理由を以下に説明する。
【0035】
拡大光学系5を構成する素子、例えばレンズの位置を光軸に対して横方向にずらしたり、レンズの傾きを変えることでも、主光線を平行移動させることができる。しかしながら、この場合、収差分布の変化も伴うため、収差の大きさ自体も変化してしまう。従って、このような調整では、主光線を平行移動させた後で、収差の大きさ自体を小さくするための調整もあわせて行わなければならない。
【0036】
これに対して、拡大光学系5に組み込まれた平行平面板7は、拡大光学系5を構成する素子と同様に、その傾きと厚さに応じて主光線を平行移動させることができる。この際、収差の分布の形状は変化させずに該収差の分布を平行移動させることが可能である。
【0037】
このように、平行平面板7を拡大光学系5に組み込み、その傾きで主光線を平行移動させることは、調整に伴う収差分布形状の変化が伴わないため、簡単且つ迅速な調整が可能である。
【0038】
また、照明光学系1のレンズ間にコヒーレンシを絞る照明絞り8が配置されている。照明絞り8により照明光を絞ることにより、拡大光学系5のコマ収差の影響を強調させることができる。
【0039】
CCDカメラ6により検出された収差測定マークの像とコマ収差の分布に基づいて平行平面板7の傾きを調整する。これにより、拡大光学系5の光軸を調整してコマ収差の偏心成分を平行移動させ、アライメント装置の調整を行う。以下、その動作及び原理を具体的に説明する。
【0040】
一般的な光学系には、コマ収差と呼ばれる収差が存在している。この収差は、文献3(Max Born and Emil Wolf,"Principles of Optics," 6th edition,(Pergamon Press))に、光学系の瞳面上での波面収差Φが式(1)で表わされる収差であると示されている。
【0041】
Φ=Fy0 ρ3 cosθ (1)
式(1)におけるFは収差の大きさを表わす係数であり、(p、θ)は瞳面での極座標、y0 は基板4上での光軸中心からの距離である。この式において、基板4上のコマ収差の実質的な大きさであるFy0 は、光軸中心からの距離y0 に比例して大きくなることを表わしている。
【0042】
図2は、コマ収差のある光学系での点像を示す。図2に示すように、コマ収差のある光学系では、点像が彗星が尾を引くような形状になる。これは、パターンをフーリエ展開した時、高周波成分ほど像の位置がずれることを表わしている。すなわち、マーク形状によって像の位置がずれることを表わしている。従って、低周波成分は点像の近くに小さな像を形成し、高周波成分はy軸方向に大きくずれ、パターン像の大きさも大きくなる。
【0043】
次に、図3はコマ収差の分布と収差測定マークとの関係を示す。図3において、31は収差測定マークを示し、32は収差測定マーク31の中心を示す。33はコマ収差分布を示し、34はコマ収差分布33の中心を示す。
【0044】
図3に示すように、コマ収差の分布は理想的には、式(1)からも分かるように、光軸中心に対して同心円状の分布をもつ。しかし、実際のアライメント装置の拡大光学系においては、収差測定マーク31の中心32(光学系の中心)とコマ収差分布33の中心34が一致しているとは限らない。むしろ両者が偏心していることの方が一般的である。
【0045】
そこで、拡大光学系5に組み込んだ平行平面板7の傾きを調整して、光軸を平行移動させることによって、この収差測定マークの中心32とコマ収差分布の中心34を一致させる。これにより、光学系におけるコマ収差の対称性を向上させ、アライメント装置毎のあるいはアライメントマーク毎に差が生じているアライメントオフセットを低減させる。
【0046】
本実施形態によれば、平行平面板7を拡大光学系5に組み込み、その傾きを調整し、主光軸を平行移動させることにより、収差分布の形状変化を伴わない収差補正が可能となる。従って、簡単且つ迅速なアライメント装置の調整が可能となる。
【0047】
(第2実施形態)
図4乃至図7を参照して、本発明の第2実施形態に係るアライメント装置の調整方法を説明する。本実施形態は、具体的な収差測定の手法を示す実施形態であり、第1実施形態と同様のアライメント装置を用いて行う。以下の実施形態で第1実施形態と共通する部分については、その詳細な説明を省略する。
【0048】
本実施形態の特徴点は、アライメント装置に拡大光学系の主光線を平行移動させる機能を具備することと、基板上にこの拡大光学系の収差を測定する収差測定マークを配置し、この収差測定マークからの測定値によって、主光線を平行移動させ、投影レンズ光軸中心と収差分布の中心がほぼ一致するように調整することにある。
【0049】
一般的な光学系は波面収差が存在し、アライメントマークの検出像をぼかしたり、あるいは像の位置をずらしたりする。従って、アライメントマークの検出像をもとにアライメントマークの位置を測定しようとすると、実際の位置との間にオフセットが生じてしまう。この波面収差は、上述した文献2に示されるように、球面収差,非点収差,像面湾曲,コマ収差,歪曲の5つに分けられる。これらの収差のうち、コマ収差と歪曲はパターンの像が横方向にずれる収差である。
【0050】
歪曲は、パターンのサイズに影響なくすべてのパターンが等しくずれるため、特にアライメントにおいて重要な収差ではない。しかし、コマ収差は、パターンのサイズや構造によってずれ量に差が生じるため、アライメント装置にとって特に重要な収差である。
【0051】
図2からも分かるように、コマ収差はパターンのサイズによってずれ量に差が生じる。従って、サイズの異なる2種類のパターンの像の位置を比較することで、コマ収差の大きさを見積もることができる。この特徴を利用し、サイズの異なる2種類のパターンを用いれば、これを収差測定マークとして用いることが可能である。
【0052】
また、図3に示すように、コマ収差の分布は一般に同心円状の分布をしている。このコマ収差の大きさ自体を少なくすることは、調整が難しく、現実的ではないが、コマ収差分布の中心位置を調整することは比較的簡単に実現することが可能である。
【0053】
そこで、アライメント装置自体に拡大光学系の収差を調整する機能として、特に主光線を平行移動させる機能を備え、収差測定マークからの測定値によって、この移動量を調整する。これにより、コマ収差分布の中心と拡大光学系の中心を合わせる。この調整によって、アライメント装置毎あるいはアライメントマーク毎に差が生じているアライメントオフセットを低減させるアライメント装置を実現する。
【0054】
具体的な収差測定マークの形成されたウェハの平面図を図4(a)に示す。図4(a)において、40aはウェハ、40bは収差測定マークである。ここで、収差測定マーク40bはウェハ40aの中心近傍に一つ配置されている場合を示しているが、その位置には限定されず、またその数も限定されない。
【0055】
この収差測定マーク40bを拡大して示したのが図4(b)である。図4(b)において、41は大パターン、42は小パターンである。このマーク40bでは、大パターン41で形成された第1のマーク部と小パターン42で形成された第2のマーク部が、図の上下方向に互いに平行して近隣に配置されている。また、これら第1及び第2のマーク部は、それぞれ対称且つ交互に並んで形成されている。大パターン41は太いパターン幅を有しており、小パターン42は大パターン41のパターン幅よりも細いパターン幅を有している。この大パターン41は例えば6μm幅のラインパターンで、小パターン42は例えば1μm幅のラインパターンである。また、ある一の方向にこの大パターン41のパターン幅が小パターン42のパターン幅よりも太くなるように配置されている。具体的には、これら大パターン41及び小パターン42のライン長方向が互いに平行になるように24μm周期で配置されている。
【0056】
この図4(b)に示す収差測定マークをコマ収差のあるアライメント装置で観察したパターンを図5に示す。
【0057】
コマ収差のある光学系では、パターンのサイズによって転写位置がずれる。このずれ量はパターンが小さくなるほど大きくなる傾向がある。このため、図4(b)に示すマークをコマ収差のあるアライメント装置で観察すると、図5に示すように、6μmパターンに対して1μmパターンがあたかもずれているように観察される。
【0058】
この時、1μmパターンと両サイドの6μmパターンの距離(L1とL2)を測定すれば、1μmパターンの位置ずれ量δx=(L1−L2)/2を算出することができる。照明光学系の絞りを通常よりも絞り、照明コヒーレンシを0.1程度に設定した状態で測定する。この位置ずれ量δxはコマ収差の大きさにほぼ比例しているため、δxの値からコマ収差の向きと大きさを見積もることができる。
【0059】
このようにして測定したコマ収差分布の中心を、主光線を平行移動させる機能を用いて、収差測定マークの中心(光学系の中心)に一致させることで、アライメント装置毎のあるいはアライメントマーク毎に差が生じているアライメントオフセットを低減させるアライメント装置を実現する。
【0060】
また、図4(b)の代わりに、図6、図7に示すようなマークを用いても同様の効果を奏する。
【0061】
図6(a)は、複数本の大パターン41が存在し、この大パターン41間にそれぞれ複数本の小パターン42を並べたマークである。図6(b)は、大パターン41及び小パターン42をそれぞれ1本ずつ並べたマークである。図7(a)は、大パターン41と小パターン42をそれぞれ2本ずつ並べたマークである。図7(b)は、小パターン42を挟んで大パターン41を2本並べたマークである。図7(c)は、2本の小パターン42を挟んで大パターン41を2本ずつ並べたマークである。
【0062】
このように、図6、図7に示すマークは、それぞれ交互に1本ずつ大パターン41と小パターン42を並べたものではないが、各パターンが並んでいればそれぞれのずれ量を測定することができ、収差を測定できる。特に、図6(b)に示すパターンは、大パターン41と小パターン42が1本ずつしか並べられていないが、例えば初期調整においては十分に収差測定を行うことができる。
【0063】
以上のように、本実施形態によれば、照明絞り8によりコヒーレンシを絞った状態で、太いパターンと細いパターンが等間隔に交互に配置されたマークの各間隔を測定した像から、投影レンズのコマ収差あるいはコマ収差に対する光軸中心からのずれを算出する。これにより、収差を測定することが可能となる。また、この測定結果を平行平面板の傾き調整にフィードバックさせることもできる。
【0064】
(第3実施形態)
図8は、本発明の第3実施形態に係るアライメント装置に用いられる収差測定マークの構成を示す。図8において、41は大パターンを示し、42は小パターンを示す。本実施形態は第2実施形態の変形例に関する。アライメント装置の調整に用いる収差測定マークにおいて、大パターン41で形成された第1のマーク部と小パターン42で形成された第2のマーク部が、2方向に対称且つ交互に並んで形成されていることを特徴としている。この収差測定マークは、図4(b)に示す大パターン41と小パターン42を直交する2方向で重ねたマークである。この収差測定マークも図4(a)と同様に、ウェハ40a上のいずれかの位置に形成される。このようなマークを用いて収差測定を行う利点を以下説明する。
【0065】
通常、光学系の主光線の平行移動は、光学系を構成する素子(レンズ、ミラー、平板等)を平行に移動させたり、傾きを調整することにより行われる。これらの素子は、素子に加わる応力や位置決め等の理由から、通常3点で支持されている。このような3点支持では、主光線の平行移動を直交する2方向で独立に調整することは不可能である。すなわち、x方向を調整すると必ずy0 方向がずれてしまう。従って、x方向用の測定マークとy0 方向用の測定マークが、それぞれ別のマークであると、各方向での調整毎に各々のマークを切り替える必要があり、効率が著しく悪くなる。
【0066】
そこで、図8に示す収差測定マークを用いれば、直交する2方向で、同時にコマ収差分布を測定できる。従って、3点支持された素子に対して調整効率や調整速度を向上させることが可能となる。
【0067】
なお、本実施形態では各パターンが直交する収差測定マークを用いたが、2方向に重ねたマークであれば直交する必要はない。また、収差測定マークはラインパターンである必要がなく、1又はそれ以上の任意の方向に、寸法の異なるパターンを任意の構成比で交互に並べたパターンであればよい。また、3点支持された素子以外で構成される光学系を用いても同様の効果を奏することは勿論である。
【0068】
(第4実施形態)
図9は、本発明の対象とするアライメント装置の全体構成を示す図である。本実施形態は、アライメントマークに直接収差測定の可能なマークが形成されることを特徴としている。図9において、1は照明光学系を示し、2は照明光学系1に光を照射するハロゲンランプを示し、3は照明光学系2からの光を通す対物レンズを示す。4は基板を示し、101は基板4上に形成されたアライメントマークを示す。5はアライメントマーク101の反射光を拡大する拡大投影光学系を示し、6は拡大光学系5で拡大されたアライメントマーク101の像を受光するCCDカメラを示す。8は照明光学系1のレンズ間に配置された照明絞りを示し、9は拡大投影光学系のレンズ間に配置された180°位相板を示す。81はレチクル、82は電子光学系を示す。
【0069】
図9に示すように、照明光学系1を介してハロゲンランプ2からの光を対物レンズ3に通し、基板4上に形成されたアライメントマーク101に落射照明する。アライメントマーク101近傍で反射した光は拡大投影光学系5によってCCDカメラ6の受光面にアライメントマークの像を結像する。また、照明光学系1のレンズ間に照明絞り8が配置され、拡大投影光学系のレンズ間に180°位相板9が配置される。従って、レンズの中心付近を通る光のみ、位相を180°反転させる。これにより、従来では良好なアライメント信号が得られなかったアライメントマークに対しても、アライメントを可能にしている。この照明絞り8と位相板9は、図21(a)及び21(b)に示す。図21(a)は照明絞り8の平面図を示し、図21(b)は位相板9の平面図を示している。図21(a)及び図21(b)に示すように、照明絞り8と位相板9は相似形をしている。照明絞り8の遮光部92に対応する位相板9の透過部95は透明膜で形成され、この透過部95は透過部95以外の透過部96に対して位相が180°シフトされている。
【0070】
一般的なアライメント装置には、設計段階で既に存在する残留収差、光学系を組み上げる段階で生じる調整誤差に起因する収差、拡大投影光学系5と瞳との間の光軸ずれ、照明光学系1と照明絞り8との間の光軸ずれ、あるいはハロゲンランプ2の照度むら等の誤差要因が含まれることは免れない。これらの誤差要因のうち、拡大投影光学系5の収差、特にコマ収差は、アライメントマークを構成する各パターンのサイズやコントローラの違いによって、パターンの像をシフトさせる。従って、重ね合わせ精度を向上させるためには、このコマ収差に対する処理を行うことが重要である。
【0071】
本実施形態に係るアライメントマーク101が形成されたウェハ40aを図10(a)に示す。図10において、40aはウェハを示し、111はウェハ40a上のブロックを示す。101a、101bはブロック111内に形成されたアライメントマークを示す。
【0072】
図10(a)に示すように、ウェハ40aは、一括してデバイスパターンを転写可能な領域(実デバイスパターン転写ブロック111と呼ぶ)に分割される。このブロック111内には、実デバイスパターン(図示せず)と、x方向及びy方向のアライメント調整を行うためのアライメントマーク101a及び101bとが形成されている。
【0073】
このアライメントマーク101a及び101bは両者とも同じ形状をしており、その形成されている方向が異なる。このうち、x方向アライメント調整用のアライメントマーク101aを拡大した図が図10(b)である。図10(b)に示すように、アライメントマーク101aは、図20に示した従来のアライメントマークを構成する帯状パターン(大パターン41)を1本おきに小パターン42に置き換えた構造をしており、大パターン41と小パターン42が交互に並んでいる。この図10(b)に示すアライメントマークは、図20に示した従来のアライメントマークと同様に、その断面構造は溝状あるいは凸状のいずれでもよい。
【0074】
図11は、図10(b)に示すアライメントマークをコマ収差のあるアライメント装置で観察した場合のパターンを示す。コマ収差のある光学系では、パターンのサイズによって転写位置がずれる。このずれ量はパターンのサイズに依存する。このため、図10(b)に示すアライメントマークをコマ収差のあるアライメント装置で観察すると、図11に示すように、6μmの大パターン41に対して1μmの小パターン42があたかもずれているように観察される。この時、1μmパターン42と6μmパターン41の距離(L)を測定すれば、1μmパターン42の相対的な位置ずれ量δx=12μm−Lを算出することができる。この相対的な位置ずれ量δxは、コマ収差の大きさにほぼ比例していると考えられる。このため、位置ずれ量δxの値からコマ収差の向きと大きさを見積もることができる。
【0075】
以上のように、図10(b)に示すようなアライメントマーク101aを用いれば、アライメントマーク101aの位置を測定すると同時に、アライメント装置のコマ収差の大きさを測定することができる。すなわち、アライメント時にコマ収差によるアライメントマーク位置の騙され量を見積もることができる。従って、騙され量を予め補正したアライメントを実現できる。
【0076】
なお、本実施形態では図10(b)に示すようなアライメントマーク101aを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、図12(a)に示すような1組の大パターン41と小パターン42で構成されたアライメントマーク101や、図12(b)に示すような複数本の大パターン41と複数本の小パターン42で構成されたアライメントマーク101であっても勿論よい。
【0077】
(第5実施形態)
図13は、本発明の第5実施形態に係るアライメントマーク101の構成を示す。本実施形態は第4実施形態の変形例に関し、1本の小パターン42を挟んで2本の大パターン41が対称な位置に並んで形成されていることを特徴とする。
【0078】
図13に示すアライメントマーク101をコマ収差のあるアライメント装置で観察したパターンを図14に示す。第4実施形態と同様に、図14に示すように、6μmの大パターン41に対して1μmの小パターン42があたかもずれているように観察される。この時、1μmパターン42とその両側の6μmパターン41の距離L1及びL2を測定することにより、1μmパターン42の相対的な位置ずれ量δx=(L1−L2)/2を算出することができる。その利点を以下説明する。
【0079】
一般的なアライメント光学系には、拡大倍率誤差やディストーションを持っている。この拡大倍率誤差はアライメントの際の測定誤差要因にはならない。また、ディストーションは測定誤差にはなるが、その大きさは常に一定値になる。従って、測定結果に一定値のオフセットをのせることにより、ディストーションの問題に対応できるため、アライメント誤差にはならない。
【0080】
しかし、大パターン41と小パターン42の間隔測定から相対的な位置ずれ量δxを算出する場合、第4実施形態に示すアライメントマークでは、コマ収差が存在しない場合も設計値の12μmからずれてしまう。この場合、拡大倍率誤差やディストーションを予め把握しておく必要がある。そこで、本実施形態のように位置ずれ量δxを算出する。このように算出された位置ずれ量δxは、拡大倍率誤差やディストーションには影響されない。従って、拡大倍率誤差やディストーションの影響を受けないアライメントを実現することができる。
【0081】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。図13に示すようなアライメントマーク101を用いたが、これ以外の構成でもよく、例えば、図15(a)に示すような複数本の小パターン42を複数本の大パターン41で挟んだ構成の収差測定マーク31や、図15(b)に示すような構成比を1:1としない大パターン41と小パターン42が交互に並んだ構成の収差測定マーク31であっても勿論よい。
【0082】
(第6実施形態)
図16乃至図17は、本発明の第6実施形態に係るアライメントマークの構成を示す。本実施形態は第4実施形態の変形例に係わり、アライメント光学系の分解能では分離した観察ができない程の微細なパターンが密集する。このようにパターンが密集することによって、実質的に大パターン41’として機能することを特徴としている。
【0083】
図16(a)は、細い帯状のパターンが密集して大パターン41’として機能するアライメントマーク31を示す。このような密集パターンが大パターン41’として機能する理由を以下に示す。
【0084】
実際の半導体デバイスの製造に用いられているアライメントマークを構成するパターンのサイズは、製造工程上の制約により、最大寸法や最小寸法が制限される場合が多い。このため、6μm幅の大パターンは使用できない場合も存在する。このような場合には、製造工程上の制約内にある寸法を有するパターンを用いてアライメントマークを構成しなければならない。そこで、アライメント光学系の分解能よりも微細なパターンを密集させて大きなパターンを構成する。この密集させたパターンは、アライメント光学系で測定した場合、1本の幅の太い大パターンとして判断する。従って、アライメント光学系の測定結果は、密集させたパターンも大パターンと何ら変わることがないため、このような密集パターンは実質的には上記第4,5実施形態で用いられる大パターン41と同様に機能する。
【0085】
このように本実施形態によれば、製造工程上のパターン寸法の制約がある場合も、実質的に大パターン41と小パターン42の組み合わせと同様にアライメントを行うことができる。
【0086】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。図16(a)に示すようなアライメントマーク31を用いたが、これ以外の構成でもよい。例えば、図16(b)に示すように、図16(a)に示すような大パターン41’を構成する細い帯状のパターンがさらに長手方向に分割された帯状パターンが密集することにより大パターン41”として機能するアライメントマーク31でもよい。つまり、アライメント光学系の分解能よりも微細なパターンを密集させたパターンであれば何でもよい。また、図16(c)に示すように、大パターン41’のみならず、小パターン42’も細い帯状のパターンが密集して小パターン42’として機能するアライメントマーク31であってもよい。さらに、図17に示すように、大パターン41‘’と小パターン42‘’それぞれをラインパターンの長手方向に分割したものであってもよい。この場合、分割された各微細パターンは、アライメントセンサの分解能以下の微細パターンでなくても構わない。
【0087】
(第7実施形態)
図18は、本発明の第7実施形態に係るアライメントにおけるマーク位置計測のフローチャートを示す。本実施形態は、図18に示すフローチャートに沿って、アライメントの信号処理について説明する。
【0088】
まず、通常の露光で行われるアライメントと同様に、アライメントマークに光を照射し、このアライメントマークからの散乱光をCCDカメラにより受光してアライメント信号波形を取得する(181)。
【0089】
次に、通常行われる処理と同様に、このアライメント信号波形からアライメントマークの位置を測定する(182)。このマーク位置の測定と並行して、大パターン41と小パターン42の間の間隔測定を行い(183)、この測定された間隔に基づいてアライメントマークの測定位置の騙され量を算出する(184)。
【0090】
次に、得られたマーク位置と騙され量に基づいて、正しいアライメントマーク位置を算出し、位置の補正を行う(185)。
【0091】
このようなアライメントにおけるマーク位置計測において、図19を参照して、騙され量の算出工程(184)の一例を説明する。
【0092】
一般に用いられるハロゲンランプを光源とし、開口数が0.3のアライメント装置においては、パターンサイズと位置ずれ量はほぼ反比例の関係にある。従って、図19に示すように、横軸をパターン位置、縦軸をパターンサイズの逆数にとると、大パターンの位置aと小パターンの位置bを通る直線が横軸と交わる位置、すなわちパターンサイズの逆数が実質的に0となる位置が、実際のアライメントマークの位置cとなる。従って、この位置cを基準にアライメントを行えば、アライメントマーク毎に発生する騙され量を、通常の位置測定と同時に補正することが可能となる。
【0093】
また、CCDカメラ6が受光する光の光路に、図1に示す平行平面板7を配置することも可能である。この場合、得られた騙され量に応じて収差を補正することにより、図19に示した位置aと位置bを通る直線の傾きを大きくすることができる。これにより、相対的な位置ずれ量δxを小さくでき、より正確な騙され量の見積もりが可能となるとともに、コマ収差が補正できる。
【0094】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、大パターン41と小パターン42のパターン幅はそれぞれ6μmと1μmとしたが、本発明はこの組み合わせに限定されるものではない。最適な寸法の組み合わせは、アライメント光学系の開口数や照明コヒーレンシ、光源の波長域等によって異なるため、対象となるアライメント装置を用いた実験により決定される。さらに、アライメントマークの構造は、本実施形態のように凸形状、凹形状、埋め込み形状等の断面構造に限定するものではなく、アライメントセンサにより検出可能なものであればいかなる構造をとってもよい。
【0095】
以上詳述したように本発明によれば、コマ収差分布の中心ずれを調整することが可能なため、アライメント装置毎あるいはアライメントマーク毎に差が生じているアライメントオフセットを低減することが可能となる。
【0096】
また、別の本発明によれば、アライメントマークとして大小パターンが並んで形成されているものを用いることにより、コマ収差の偏心によるパターンの位置ずれからコマ収差の大きさを見積もることができ、アライメントオフセットを低減することが可能となる。
【0097】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【0098】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アライメント装置毎あるいはアライメントマーク毎に差が生じているアライメントオフセットを低減できるアライメント装置収差測定方法、及び収差測定マークを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るアライメント装置の全体構成を示す図。
【図2】コマ収差のある光学系での点像を示す図。
【図3】コマ収差の分布と収差測定マークとの関係を示す図。
【図4】図4(a)は本発明の第2実施形態に係る収差測定マークの形成されたウェハの平面図。図4(b)は図4(a)に示す収差測定マークを拡大して示した図。
【図5】収差測定マークをアライメント装置で観察した場合のパターンを示す図。
【図6】図6(a)、図6(b)は第2実施形態に係る収差測定マークの変形例を示す図。
【図7】図7(a)乃至図7(c)は第2実施形態に係る収差測定マークの変形例を示す図。
【図8】本発明の第3実施形態に係るアライメント装置に用いられる収差測定マークの構成を示す図。
【図9】本発明の対象とするアライメント装置の全体構成を示す図。
【図10】図10(a)は本発明の第4実施形態に係るアライメントマークが形成されたウェハを示す図。図10(b)は図10(a)に示すアライメントマークを拡大して示した図。
【図11】収差測定マークをアライメント装置で観察した場合のパターンを示す図。
【図12】図12(a)、図12(b)は第4の実施形態に係る収差測定マークの変形例を示す図。
【図13】本発明の第5実施形態に係るアライメントマークの構成を示す図。
【図14】本発明の第5実施形態に係るアライメントマークをコマ収差のあるアライメント装置で観察した場合のパターンを示す図。
【図15】図15(a)、図15(b)は第5実施形態に係るアライメントマークの変形例を示す図。
【図16】図16(a)は本発明の第6実施形態に係るアライメントマークの構成を示す図。図16(b)、図16(c)は同実施形態に係るアライメントマークの変形例を示す図。
【図17】本発明の第6実施形態に係るアライメントマークの変形例を示す図。
【図18】本発明の第7実施形態に係るアライメントにおけるマーク位置計測のフローチャートを示す図。
【図19】本発明の第7実施形態に係る騙され量の算出工程を示す図。
【図20】従来のアライメントマークの構成を示す図。
【図21】図21(a)は従来のアライメント装置に用いられる照明絞りの構成を示す図。図21(b)は従来のアライメント装置に用いられる位相板の構成を示す図。
【符号の説明】
1…照明光学系、
2…ハロゲンランプ、
3…対物レンズ、
4…基板、
5…拡大投影光学系、
6…CCDカメラ、
7…平行平面板、
7’…傾き調整機構、
8…照明絞り、
9…位相板、
31、40b、101、101a、101b…収差測定マーク(アライメントマーク)、
32…収差測定マークの中心、
33…コマ収差分布、
34…コマ収差分布の中心、
40a…ウェハ、
41、41’、41’’、41’’’…大パターン、
42、42’、42’’…小パターン、
81…レチクル、
82…電子光学系、
111…ブロック。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an alignment apparatus mounted on an exposure apparatus. of The present invention relates to an aberration measurement method and an aberration measurement mark.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor devices, alignment devices mounted on exposure apparatuses can be broadly classified into the following three methods. In the first method, the alignment mark is irradiated with a laser, and scattered light from the alignment mark is detected. The second method is to project an image of an alignment mark obtained through a magnifying optical system on the light receiving surface of a CCD camera and measure the position of the alignment mark using an image processing technique. The third method uses heterodyne interference. For example, the LSA sensor manufactured by Nikon as the first method, the FIA sensor manufactured by Nikon as the second method, the alignment sensor manufactured by Canon, and the third method are used. There are LIA sensors manufactured by Nikon and ATHENA manufactured by ASML.
[0003]
Judgment of the performance of the alignment apparatus required in actual manufacture of a semiconductor device has two stages. The first stage is whether or not a signal can be detected without exception, and high versatility is required. The second stage is measurement accuracy and accuracy stability. The first type alignment apparatus is excellent in the first stage. That is, the first type alignment apparatus is characterized by low signal detection leakage and high versatility. However, with the miniaturization of semiconductor devices, the first type of alignment apparatus is becoming difficult to say that the accuracy of the second stage is sufficient.
[0004]
For this reason, expectation for the alignment apparatus belonging to the second system is increasing. That is, as long as the alignment signal can be detected, higher alignment accuracy can be expected in the second method than in the first method. Therefore, in the future, it is considered that the alignment sensor of the second system is actively used by compensating for the low versatility by adjusting the design of the alignment mark and the cross-sectional structure.
[0005]
FIG. 9 is a schematic diagram of an alignment apparatus that is an object of the present invention belonging to the second system. In FIG. 9, reference numeral 1 denotes an illumination optical system, 2 denotes a halogen lamp that irradiates light to the illumination optical system 1, and 3 denotes an objective lens that passes light from the illumination optical system 2. Reference numeral 4 denotes a substrate, and 101 denotes an alignment mark formed on the substrate 4. Reference numeral 5 denotes an enlarged projection optical system that enlarges the reflected light of the alignment mark 101, and reference numeral 6 denotes a CCD camera that receives the image of the alignment mark 101 enlarged by the enlargement optical system 5. Reference numeral 81 denotes a reticle, and 82 denotes an electron optical system.
[0006]
As shown in FIG. 9, the light from the halogen lamp 2 is passed through the objective lens 3 through the illumination optical system 1 and incident on the alignment mark 101 formed on the substrate 4. The light reflected in the vicinity of the alignment mark 101 forms an image of the alignment mark on the light receiving surface of the CCD camera 6 by the magnifying projection optical system 5. Here, the alignment mark 101 is generally a mark as shown in FIG. This mark has a structure in which seven belt-like patterns having a width of 6 μm are arranged at intervals of 12 μm, and each belt-like pattern has a groove-like or convex cross-sectional structure. In addition, the alignment apparatus measures the position of the alignment mark from the edge signal of the 6 μm pattern of the alignment mark 101.
[0007]
In order to overcome the low versatility that is the disadvantage of the alignment system belonging to the second method, the detection performance with low step alignment marks is described in Reference 1 (SPIE vol.3051, P.836-845). An improved type alignment apparatus with an improved value has been reported. At present, a phase shift type alignment apparatus described in Document 1 has also been proposed.
[0008]
The alignment apparatus described in this document 1 can obtain a good signal even for an alignment mark having a small mark contrast and a small level difference. Specifically, as shown in FIG. 9, the illumination stop 8 is disposed between the lenses of the illumination optical system 1, and the 180 ° phase plate 9 is disposed between the lenses of the enlarged projection optical system. Therefore, only the light passing near the center of the lens is inverted by 180 °. As a result, alignment is possible even with respect to an alignment mark for which a good alignment signal has not been obtained conventionally.
[0009]
The illumination stop 8 and the phase plate 9 are shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b). FIG. 21A shows a plan view of the illumination stop 8 and FIG. 21B shows a plan view of the phase plate 9. As shown in FIGS. 21A and 21B, the illumination stop 8 and the phase plate 9 have a similar shape. The transmission part 95 of the phase plate 9 corresponding to the light shielding part 92 of the illumination stop 8 is formed of a transparent film, and the phase of the transmission part 95 is shifted by 180 ° with respect to the transmission part 96 other than the transmission part 95.
[0010]
However, when the alignment is performed by the second method, the measurement value of the mark position is shifted due to a so-called manufacturing error such as an aberration of the magnifying optical system 5 and an optical axis shift. This measurement value deviation, that is, the amount by which the measurement position is deceived is considered to be a factor of the alignment offset. In addition, this alignment offset is expected to vary not only depending on the alignment sensor, but also depending on the mark design, cross-sectional structure, and the like. That is, the alignment offset includes not only the alignment offset between exposure apparatuses, that is, the alignment offset for each exposure apparatus, but also the alignment offset generated due to the difference in the structure of the alignment mark generated in the same exposure apparatus.
[0011]
In alignment using the same alignment mark, the difference in alignment offset for each alignment device is considered to be caused by the aberration of the optical system that projects the image of the alignment mark on the detector. Similarly, in the alignment using the same alignment apparatus, it is considered that the difference in alignment offset for each alignment mark having a different mark structure is caused by the aberration of the optical system.
[0012]
Conventionally, such an alignment offset has been avoided by having a correction value in advance for each alignment sensor or each difference in the structure of the alignment mark. However, the alignment accuracy required today is becoming increasingly severe. In addition, cases in which exposure apparatuses are mixed are increasing. For this reason, it is difficult to reach the required alignment accuracy. Therefore, the importance of eliminating the alignment offset itself is increasing.
[0013]
The occurrence of an alignment offset due to the interaction of the alignment device's aberration, adjustment error, etc., and the cross-sectional shape of the alignment mark and its layer structure has been known in the past in document 2 (Jpn.J.Appl.Phys.Part1, No.12). (2), Vol. 36 (1997) pp. 7512-7516). In this document 2, attention is paid to the step of the alignment mark as a cause of occurrence of the alignment offset, and the height of the step and the symmetry of the alignment signal are investigated.
[0014]
Further, conventionally, after a lens is adjusted in advance as a single unit, this lens is incorporated into an alignment apparatus. Then, adjustment after incorporation is performed based on the symmetry of the alignment signal at the test mark. For this reason, it is difficult to perform high-precision adjustment only by adjusting the lens alone.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in the conventional alignment apparatus, when the alignment is performed, the measurement value of the mark position is shifted due to the aberration of the magnifying optical system. This deviation in measured values does not only occur for each exposure apparatus. This deviation in the measured value occurs even in the same exposure apparatus due to the difference in the structure of the alignment mark.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce an alignment offset that causes a difference between alignment devices or alignment marks. of An object of the present invention is to provide an aberration measurement method and an aberration measurement mark.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses the following means.
[0019]
The aberration measuring method of the present invention includes a first mark portion formed on a base substrate and made of a large pattern having a large pattern width, and a second mark portion made of a small pattern having a pattern width narrower than the large pattern. The large pattern and the small pattern illuminate an aberration measurement mark arranged in parallel with each other in at least one direction through an illumination optical system, and an image of the aberration measurement mark is enlarged using an enlargement optical system. Projecting on the light receiving surface of the detector, detecting the positions of the large pattern and the small pattern of the aberration measurement mark, and measuring the aberration based on the positions of the large pattern and the small pattern.
[0020]
Preferably, at least one of the large pattern and the small pattern of the aberration measurement mark is composed of a plurality of fine patterns that cannot be observed with the resolution of an optical system used for alignment, and the fine patterns are densely packed to form the large pattern or It functions as the small pattern.
[0021]
Desirably, the measurement of the aberration is performed at the time of alignment of pattern exposure of an actual device, and the aberration measurement mark functions as an alignment mark. The aberration is measured by adjusting an alignment device. Further, the measurement of the aberration is performed at the time of alignment of pattern exposure of an actual device, the aberration measurement mark functions as an alignment mark, and the aberration is determined from a difference between the position of the large pattern and the position of the small pattern. A distortion amount of the measurement mark is calculated, and a correct position of the aberration measurement mark is calculated based on at least one of the position of the large pattern and the position of the small pattern and the distortion amount.
[0022]
The aberration measurement mark of the present invention has a first mark portion made of a large pattern having a large pattern width and a second mark portion made of a small pattern having a pattern width narrower than the large pattern. The patterns are arranged in the vicinity in parallel to each other in at least one direction, and the aberration is measured from a pattern image obtained by irradiating the pattern with light.
[0023]
Desirably, at least one of the large pattern and the small pattern is centered on the other. Further, the large pattern and the small pattern are formed in an arbitrary composition ratio, and a plurality of them are alternately formed. Further, at least one of the large pattern and the small pattern is composed of a plurality of fine patterns that cannot be observed with the resolution of the optical system used for alignment, and the fine patterns are densely functioning as the large pattern or the small pattern. . The large pattern and the small pattern are formed as alignment marks.
[0024]
In the present invention, the center of the coma aberration is detected by the optical system that detects the center of the aberration measurement mark and the center of the coma aberration with a detector and translates the decentered component of the coma aberration provided in the magnifying optical system based on the detection result. Is adjusted to align with the center of the aberration measurement mark. Thereby, the alignment offset which arises between exposure apparatuses or originates in the structure of the alignment mark can be reduced.
[0025]
In particular, a pattern in which a large pattern and a small pattern are formed side by side is used as the aberration measurement mark. When the interval between the patterns of the aberration measurement mark having this pattern is detected by the detector, the pattern interval is not constant due to the eccentricity of the coma aberration. This coma should be symmetric with respect to the center of the lens and tend to increase toward the outside, but if the distribution of coma is decentered, it will not be symmetric. This is one of the causes of offset depending on the structure of the device and the type of alignment device. Therefore, the magnitude of the coma aberration can be estimated by measuring the deviation of the pattern interval.
[0026]
In addition, when an aberration measurement mark having this pattern is used, the optical component that detects the principal ray is adjusted to be constant by the optical system that translates the decentered component of the coma aberration. The coma aberration can be symmetric with respect to the center, and the offset between alignment devices or alignment marks can be reduced.
[0027]
Further, by incorporating a plane-parallel plate into the magnifying optical system and moving the principal ray in parallel by adjusting the tilt, there is no change in the shape of the aberration distribution associated with the adjustment, so that simple and quick adjustment is possible.
[0028]
Further, by using the aberration measurement mark as an alignment mark, it becomes possible to align with the aberration measurement. Therefore, at the same time as measuring the position of the alignment mark, the magnitude of the coma aberration of the alignment apparatus can be measured. Thereby, the alignment which correct | amended the alignment offset previously is realizable.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0030]
(First embodiment)
With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the adjustment method of the alignment apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
[0031]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the alignment apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, 1 denotes an illumination optical system, 2 denotes a halogen lamp that irradiates light to the illumination optical system 1, and 3 denotes an objective lens that passes light from the illumination optical system 2. Reference numeral 4 denotes a substrate, 5 denotes an enlargement projection optical system for enlarging reflected light from the substrate 4, and 6 denotes a CCD camera for receiving an image of the substrate 4 enlarged by the enlargement optical system 5. 8 indicates an illumination stop disposed between the lenses of the illumination optical system 1, 7 indicates a parallel plane plate disposed between the magnifying optical system 5 and the CCD camera 6, and 7 'indicates the inclination of the parallel plane plate 7. An inclination adjustment mechanism to be adjusted is shown.
[0032]
As shown in FIG. 1, the light from the halogen lamp 2 is passed through the objective lens 3 through the illumination optical system 1 to illuminate the aberration measurement mark formed on the substrate 4. The light reflected in the vicinity of the aberration measurement mark forms an image of the aberration measurement mark on the light receiving surface of the CCD camera 6 via the magnification projection optical system 5.
[0033]
Between the magnifying optical system 5 and the CCD camera 6, a parallel plane plate 7 capable of adjusting the tilt is disposed. By adjusting the inclination of the plane parallel plate 7, the principal ray between the plane parallel plate 7 and the substrate 4 can be moved in parallel. An inclination adjusting mechanism 7 ′ is connected to the parallel plane plate 7, and the inclination of the parallel plane plate 7 can be adjusted by the inclination adjusting mechanism 7 ′. As described above, the function of translating the aberration distribution is realized by incorporating the plane parallel plate 7 in the magnifying optical system and adjusting the inclination of the plane parallel plate 7.
[0034]
The reason why the aberration distribution is translated by adjusting the inclination of the plane parallel plate 7 will be described below.
[0035]
The principal ray can also be translated in parallel by shifting the position of an element constituting the magnifying optical system 5, such as the lens, in the lateral direction with respect to the optical axis or changing the tilt of the lens. However, in this case, since the aberration distribution is also changed, the magnitude of the aberration itself is also changed. Therefore, in such an adjustment, after the principal ray is translated, an adjustment for reducing the magnitude of the aberration itself must also be performed.
[0036]
On the other hand, the plane parallel plate 7 incorporated in the magnifying optical system 5 can translate the principal ray according to the inclination and thickness thereof, like the elements constituting the magnifying optical system 5. At this time, it is possible to translate the aberration distribution without changing the shape of the aberration distribution.
[0037]
In this way, incorporating the plane-parallel plate 7 in the magnifying optical system 5 and translating the principal ray with the inclination thereof does not change the shape of the aberration distribution accompanying the adjustment, so that simple and quick adjustment is possible. .
[0038]
Further, an illumination stop 8 for reducing coherency is disposed between the lenses of the illumination optical system 1. By narrowing the illumination light with the illumination stop 8, the influence of coma aberration of the magnifying optical system 5 can be emphasized.
[0039]
The inclination of the plane parallel plate 7 is adjusted based on the aberration measurement mark image detected by the CCD camera 6 and the distribution of coma aberration. As a result, the optical axis of the magnifying optical system 5 is adjusted to translate the decentered component of coma aberration, and the alignment apparatus is adjusted. The operation and principle will be specifically described below.
[0040]
A general optical system has an aberration called coma aberration. This aberration is described in Reference 3 (Max Born and Emil Wolf, “Principles of Optics,” 6th edition, (Pergamon Press)), where the wavefront aberration Φ on the pupil plane of the optical system is expressed by the equation (1) It is shown that there is.
[0041]
Φ = Fy 0 ρ Three cosθ (1)
F in equation (1) is a coefficient representing the magnitude of aberration, (p, θ) is polar coordinates on the pupil plane, y 0 Is the distance from the center of the optical axis on the substrate 4. In this equation, Fy which is the substantial magnitude of coma on the substrate 4 0 Is the distance y from the optical axis center 0 It shows that it increases in proportion to.
[0042]
FIG. 2 shows a point image in an optical system with coma aberration. As shown in FIG. 2, in an optical system with coma aberration, a point image has a shape in which a comet has a tail. This indicates that when the pattern is Fourier-expanded, the position of the image is shifted as the high frequency component. That is, the position of the image is shifted depending on the mark shape. Accordingly, the low-frequency component forms a small image near the point image, the high-frequency component is greatly shifted in the y-axis direction, and the size of the pattern image is also increased.
[0043]
Next, FIG. 3 shows the relationship between the distribution of coma aberration and the aberration measurement mark. In FIG. 3, 31 indicates an aberration measurement mark, and 32 indicates the center of the aberration measurement mark 31. Reference numeral 33 denotes a coma aberration distribution, and 34 denotes the center of the coma aberration distribution 33.
[0044]
As shown in FIG. 3, the distribution of coma aberration ideally has a concentric distribution with respect to the center of the optical axis, as can be seen from Equation (1). However, in the actual magnifying optical system of the alignment apparatus, the center 32 (the center of the optical system) of the aberration measurement mark 31 and the center 34 of the coma aberration distribution 33 do not always coincide with each other. Rather, it is more common that both are eccentric.
[0045]
Therefore, by adjusting the inclination of the plane-parallel plate 7 incorporated in the magnifying optical system 5 and moving the optical axis in parallel, the center 32 of the aberration measurement mark and the center 34 of the coma aberration distribution are matched. Thereby, the symmetry of the coma aberration in the optical system is improved, and the alignment offset causing a difference for each alignment apparatus or for each alignment mark is reduced.
[0046]
According to this embodiment, the parallel flat plate 7 is incorporated in the magnifying optical system 5, the inclination is adjusted, and the main optical axis is moved in parallel, so that aberration correction without changing the shape of the aberration distribution is possible. Therefore, the alignment apparatus can be easily and quickly adjusted.
[0047]
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 4 thru | or FIG. 7, the adjustment method of the alignment apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The present embodiment is an embodiment showing a specific aberration measurement method, and is performed using the same alignment apparatus as in the first embodiment. In the following embodiments, detailed description of portions common to the first embodiment will be omitted.
[0048]
The feature point of this embodiment is that the alignment device has a function of translating the principal ray of the magnifying optical system, and an aberration measurement mark for measuring the aberration of the magnifying optical system is arranged on the substrate, and this aberration measurement is performed. The principal ray is translated according to the measured value from the mark, and the center of the optical axis of the projection lens and the center of the aberration distribution are adjusted to substantially coincide.
[0049]
A general optical system has wavefront aberration and blurs the detected image of the alignment mark or shifts the position of the image. Therefore, if an attempt is made to measure the position of the alignment mark based on the detected image of the alignment mark, an offset occurs between the actual position. This wavefront aberration can be divided into five types: spherical aberration, astigmatism, field curvature, coma aberration, and distortion, as shown in Document 2 described above. Among these aberrations, coma and distortion are aberrations in which the pattern image is shifted in the lateral direction.
[0050]
Distortion is not an important aberration particularly in alignment because all patterns are shifted equally without affecting the pattern size. However, the coma aberration is a particularly important aberration for the alignment apparatus because a difference occurs in the shift amount depending on the size and structure of the pattern.
[0051]
As can be seen from FIG. 2, the coma aberration has a difference in the shift amount depending on the size of the pattern. Therefore, the magnitude of coma aberration can be estimated by comparing the positions of the images of two types of patterns having different sizes. If this feature is used and two types of patterns having different sizes are used, these patterns can be used as aberration measurement marks.
[0052]
As shown in FIG. 3, the distribution of coma aberration is generally a concentric distribution. It is difficult to reduce the magnitude of the coma aberration itself, and it is not practical, but it is relatively easy to adjust the center position of the coma aberration distribution.
[0053]
Therefore, the alignment apparatus itself has a function of adjusting the aberration of the magnifying optical system, in particular, a function of translating the principal ray, and the amount of movement is adjusted according to the measurement value from the aberration measurement mark. Thereby, the center of the coma aberration distribution and the center of the magnifying optical system are matched. By this adjustment, an alignment apparatus that reduces the alignment offset that causes a difference between alignment apparatuses or alignment marks is realized.
[0054]
A plan view of a wafer on which specific aberration measurement marks are formed is shown in FIG. In FIG. 4A, 40a is a wafer and 40b is an aberration measurement mark. Here, although one aberration measurement mark 40b is shown in the vicinity of the center of the wafer 40a, it is not limited to that position, and the number thereof is not limited.
[0055]
FIG. 4B shows an enlarged view of the aberration measurement mark 40b. In FIG. 4B, 41 is a large pattern and 42 is a small pattern. In the mark 40b, the first mark portion formed by the large pattern 41 and the second mark portion formed by the small pattern 42 are arranged in the vicinity in parallel with each other in the vertical direction of the drawing. The first and second mark portions are formed symmetrically and alternately arranged. The large pattern 41 has a thick pattern width, and the small pattern 42 has a pattern width narrower than the pattern width of the large pattern 41. The large pattern 41 is a line pattern having a width of 6 μm, for example, and the small pattern 42 is a line pattern having a width of 1 μm, for example. Further, the large pattern 41 is arranged so that the pattern width of the large pattern 41 is larger than the pattern width of the small pattern 42 in a certain direction. Specifically, the large patterns 41 and the small patterns 42 are arranged at a cycle of 24 μm so that the line length directions are parallel to each other.
[0056]
FIG. 5 shows a pattern obtained by observing the aberration measurement mark shown in FIG. 4B with an alignment apparatus having coma aberration.
[0057]
In an optical system with coma aberration, the transfer position shifts depending on the pattern size. This deviation amount tends to increase as the pattern becomes smaller. For this reason, when the mark shown in FIG. 4B is observed with an alignment apparatus having coma aberration, as shown in FIG. 5, it is observed that the 1 μm pattern is shifted from the 6 μm pattern.
[0058]
At this time, if the distance (L1 and L2) between the 1 μm pattern and the 6 μm pattern on both sides is measured, the positional deviation amount δx = (L1−L2) / 2 of the 1 μm pattern can be calculated. The measurement is performed in a state where the diaphragm of the illumination optical system is made smaller than usual and the illumination coherency is set to about 0.1. Since this positional deviation amount δx is substantially proportional to the magnitude of coma aberration, the direction and magnitude of coma aberration can be estimated from the value of δx.
[0059]
By aligning the center of the coma aberration distribution measured in this way with the center of the aberration measurement mark (center of the optical system) using the function of translating the chief ray, for each alignment device or each alignment mark An alignment apparatus that reduces an alignment offset in which a difference occurs is realized.
[0060]
The same effect can be obtained by using marks as shown in FIGS. 6 and 7 instead of FIG.
[0061]
FIG. 6A shows a mark in which a plurality of large patterns 41 exist, and a plurality of small patterns 42 are arranged between the large patterns 41. FIG. 6B shows marks in which one large pattern 41 and one small pattern 42 are arranged. FIG. 7A shows a mark in which two large patterns 41 and two small patterns 42 are arranged. FIG. 7B shows a mark in which two large patterns 41 are arranged with a small pattern 42 in between. FIG. 7C shows a mark in which two large patterns 41 are arranged with two small patterns 42 in between.
[0062]
As described above, the marks shown in FIGS. 6 and 7 are not formed by alternately arranging the large pattern 41 and the small pattern 42 one by one, but if each pattern is arranged, the amount of deviation is measured. And can measure aberrations. In particular, in the pattern shown in FIG. 6B, only one large pattern 41 and one small pattern 42 are arranged, but for example, aberration measurement can be sufficiently performed in the initial adjustment.
[0063]
As described above, according to this embodiment, the coherency is reduced by the illumination stop 8, and the projection lens of the projection lens is measured from an image obtained by measuring the intervals between marks in which thick patterns and thin patterns are alternately arranged at equal intervals. A coma aberration or a deviation from the optical axis center with respect to the coma aberration is calculated. Thereby, it becomes possible to measure aberration. Further, this measurement result can be fed back to the inclination adjustment of the parallel flat plate.
[0064]
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a configuration of an aberration measurement mark used in the alignment apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 8, 41 indicates a large pattern and 42 indicates a small pattern. The present embodiment relates to a modification of the second embodiment. In the aberration measurement mark used for adjustment of the alignment apparatus, the first mark portion formed by the large pattern 41 and the second mark portion formed by the small pattern 42 are formed symmetrically and alternately arranged in two directions. It is characterized by being. This aberration measurement mark is a mark in which the large pattern 41 and the small pattern 42 shown in FIG. 4B are overlapped in two orthogonal directions. This aberration measurement mark is also formed at any position on the wafer 40a, as in FIG. The advantage of performing aberration measurement using such a mark will be described below.
[0065]
Usually, the parallel movement of the principal ray of the optical system is performed by moving the elements (lens, mirror, flat plate, etc.) constituting the optical system in parallel or adjusting the tilt. These elements are normally supported at three points for reasons such as stress applied to the elements and positioning. With such three-point support, it is impossible to independently adjust the parallel movement of the principal ray in two orthogonal directions. That is, whenever the x direction is adjusted, y 0 The direction will shift. Therefore, the measurement mark for x direction and y 0 If the direction measurement marks are different from each other, it is necessary to switch each mark for each adjustment in each direction, and the efficiency is remarkably deteriorated.
[0066]
Therefore, if the aberration measurement mark shown in FIG. 8 is used, the coma aberration distribution can be measured simultaneously in two orthogonal directions. Therefore, it is possible to improve the adjustment efficiency and the adjustment speed for the element supported at three points.
[0067]
In this embodiment, the aberration measurement marks in which the patterns are orthogonal to each other are used. However, if the marks are overlapped in two directions, they need not be orthogonal. Further, the aberration measurement mark need not be a line pattern, and may be a pattern in which patterns having different dimensions are alternately arranged in an arbitrary configuration ratio in one or more arbitrary directions. Of course, the same effect can be obtained even if an optical system constituted by elements other than those supported at three points is used.
[0068]
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of an alignment apparatus that is a subject of the present invention. The present embodiment is characterized in that a mark capable of directly measuring aberration is formed on the alignment mark. In FIG. 9, reference numeral 1 denotes an illumination optical system, 2 denotes a halogen lamp that irradiates light to the illumination optical system 1, and 3 denotes an objective lens that passes light from the illumination optical system 2. Reference numeral 4 denotes a substrate, and 101 denotes an alignment mark formed on the substrate 4. Reference numeral 5 denotes an enlarged projection optical system that enlarges the reflected light of the alignment mark 101, and reference numeral 6 denotes a CCD camera that receives the image of the alignment mark 101 enlarged by the enlargement optical system 5. Reference numeral 8 denotes an illumination stop disposed between the lenses of the illumination optical system 1, and 9 denotes a 180 ° phase plate disposed between the lenses of the magnification projection optical system. Reference numeral 81 denotes a reticle, and 82 denotes an electron optical system.
[0069]
As shown in FIG. 9, the light from the halogen lamp 2 is passed through the objective lens 3 through the illumination optical system 1 and incident on the alignment mark 101 formed on the substrate 4. The light reflected in the vicinity of the alignment mark 101 forms an image of the alignment mark on the light receiving surface of the CCD camera 6 by the magnifying projection optical system 5. An illumination stop 8 is disposed between the lenses of the illumination optical system 1, and a 180 ° phase plate 9 is disposed between the lenses of the magnification projection optical system. Therefore, only the light passing near the center of the lens is inverted by 180 °. As a result, alignment is possible even with respect to an alignment mark for which a good alignment signal has not been obtained conventionally. The illumination stop 8 and the phase plate 9 are shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b). FIG. 21A shows a plan view of the illumination stop 8 and FIG. 21B shows a plan view of the phase plate 9. As shown in FIGS. 21A and 21B, the illumination stop 8 and the phase plate 9 have a similar shape. The transmission part 95 of the phase plate 9 corresponding to the light shielding part 92 of the illumination stop 8 is formed of a transparent film, and the phase of the transmission part 95 is shifted by 180 ° with respect to the transmission part 96 other than the transmission part 95.
[0070]
In general alignment apparatuses, residual aberrations already present in the design stage, aberrations caused by adjustment errors that occur in the stage of assembling the optical system, optical axis shift between the enlarged projection optical system 5 and the pupil, the illumination optical system 1 It is inevitable that an error factor such as an optical axis shift between the illuminating diaphragm 8 and the illuminance unevenness of the halogen lamp 2 is included. Among these error factors, the aberration of the enlargement projection optical system 5, particularly coma, shifts the pattern image depending on the size of each pattern constituting the alignment mark and the controller. Therefore, in order to improve the overlay accuracy, it is important to perform processing for this coma aberration.
[0071]
A wafer 40a on which the alignment mark 101 according to the present embodiment is formed is shown in FIG. In FIG. 10, reference numeral 40a denotes a wafer, and 111 denotes a block on the wafer 40a. Reference numerals 101 a and 101 b denote alignment marks formed in the block 111.
[0072]
As shown in FIG. 10A, the wafer 40a is divided into regions (referred to as actual device pattern transfer blocks 111) where device patterns can be transferred at once. In this block 111, an actual device pattern (not shown) and alignment marks 101a and 101b for adjusting the alignment in the x and y directions are formed.
[0073]
Both of the alignment marks 101a and 101b have the same shape and are formed in different directions. Of these, FIG. 10B is an enlarged view of the alignment mark 101a for x-direction alignment adjustment. As shown in FIG. 10B, the alignment mark 101a has a structure in which the band-like pattern (large pattern 41) constituting the conventional alignment mark shown in FIG. The large pattern 41 and the small pattern 42 are arranged alternately. Similar to the conventional alignment mark shown in FIG. 20, the cross-sectional structure of the alignment mark shown in FIG. 10B may be either a groove shape or a convex shape.
[0074]
FIG. 11 shows a pattern when the alignment mark shown in FIG. 10B is observed with an alignment apparatus having coma aberration. In an optical system with coma aberration, the transfer position shifts depending on the pattern size. The amount of deviation depends on the pattern size. For this reason, when the alignment mark shown in FIG. 10B is observed with an alignment apparatus having coma aberration, as shown in FIG. 11, the 1 μm small pattern 42 is shifted as if the 6 μm large pattern 41 is shifted. Observed. At this time, if the distance (L) between the 1 μm pattern 42 and the 6 μm pattern 41 is measured, the relative positional deviation amount δx = 12 μm−L of the 1 μm pattern 42 can be calculated. This relative positional shift amount δx is considered to be substantially proportional to the magnitude of the coma aberration. For this reason, the direction and magnitude of the coma aberration can be estimated from the value of the positional deviation amount δx.
[0075]
As described above, when the alignment mark 101a as shown in FIG. 10B is used, the position of the alignment mark 101a can be measured and at the same time the coma aberration of the alignment apparatus can be measured. That is, it is possible to estimate the amount of alignment mark position distortion due to coma during alignment. Therefore, it is possible to realize alignment in which the amount of distortion is corrected in advance.
[0076]
In this embodiment, the alignment mark 101a as shown in FIG. 10B is used, but the present invention is not limited to this. For example, an alignment mark 101 composed of a pair of large patterns 41 and small patterns 42 as shown in FIG. 12A, or a plurality of large patterns 41 and a plurality of small patterns as shown in FIG. Of course, the alignment mark 101 may be constituted by the pattern 42.
[0077]
(Fifth embodiment)
FIG. 13 shows the configuration of an alignment mark 101 according to the fifth embodiment of the present invention. The present embodiment relates to a modification of the fourth embodiment, and is characterized in that two large patterns 41 are formed side by side at symmetrical positions with one small pattern 42 interposed therebetween.
[0078]
FIG. 14 shows a pattern obtained by observing the alignment mark 101 shown in FIG. 13 with an alignment apparatus having coma aberration. As in the fourth embodiment, as shown in FIG. 14, it is observed that the 1 μm small pattern 42 is shifted from the 6 μm large pattern 41. At this time, by measuring the distances L1 and L2 between the 1 μm pattern 42 and the 6 μm patterns 41 on both sides thereof, the relative displacement amount δx = (L1−L2) / 2 of the 1 μm pattern 42 can be calculated. The advantages will be described below.
[0079]
A general alignment optical system has an enlargement magnification error and distortion. This enlargement magnification error does not cause a measurement error during alignment. Moreover, although distortion becomes a measurement error, its magnitude is always a constant value. Therefore, by placing a fixed value offset on the measurement result, it is possible to cope with the distortion problem, so that an alignment error does not occur.
[0080]
However, when the relative positional deviation amount δx is calculated from the distance measurement between the large pattern 41 and the small pattern 42, the alignment mark shown in the fourth embodiment deviates from the designed value of 12 μm even when there is no coma. . In this case, it is necessary to grasp in advance the magnification error and distortion. Therefore, the positional deviation amount δx is calculated as in this embodiment. The positional deviation amount δx calculated in this way is not affected by the magnification error or distortion. Therefore, alignment that is not affected by the magnification error or distortion can be realized.
[0081]
The present invention is not limited to the above embodiment. Although the alignment mark 101 as shown in FIG. 13 is used, other configurations may be used, for example, a configuration in which a plurality of small patterns 42 as shown in FIG. Of course, the aberration measurement mark 31 or the aberration measurement mark 31 having a configuration in which the large pattern 41 and the small pattern 42 that do not have a configuration ratio of 1: 1 as shown in FIG.
[0082]
(Sixth embodiment)
16 to 17 show the configuration of an alignment mark according to the sixth embodiment of the present invention. This embodiment relates to a modification of the fourth embodiment, and fine patterns that cannot be separated with the resolution of the alignment optical system are densely packed. As the patterns are densely packed in this way, it is characterized by substantially functioning as a large pattern 41 ′.
[0083]
FIG. 16A shows an alignment mark 31 that functions as a large pattern 41 ′ in which thin strip-like patterns are densely packed. The reason why such a dense pattern functions as the large pattern 41 ′ will be described below.
[0084]
In many cases, the maximum dimension and the minimum dimension of the pattern constituting the alignment mark used in the actual manufacture of a semiconductor device are limited due to restrictions on the manufacturing process. For this reason, there is a case where a large pattern having a width of 6 μm cannot be used. In such a case, the alignment mark must be formed using a pattern having a dimension that is within the constraints of the manufacturing process. Therefore, a pattern that is finer than the resolution of the alignment optical system is concentrated to form a large pattern. When the dense pattern is measured by the alignment optical system, it is determined as one large pattern having a large width. Therefore, the measurement result of the alignment optical system shows that the dense pattern is not different from the large pattern at all, and such a dense pattern is substantially the same as the large pattern 41 used in the fourth and fifth embodiments. To work.
[0085]
As described above, according to this embodiment, alignment can be performed in substantially the same manner as the combination of the large pattern 41 and the small pattern 42 even when there is a restriction on the pattern size in the manufacturing process.
[0086]
The present invention is not limited to the above embodiment. Although the alignment mark 31 as shown in FIG. 16A is used, other configurations may be used. For example, as shown in FIG. 16 (b), the large pattern 41 is formed by densely gathering the strip-like patterns obtained by further dividing the thin strip-like pattern constituting the large pattern 41 ′ shown in FIG. 16 (a) in the longitudinal direction. The alignment mark 31 functioning as “may be used. In other words, any pattern in which fine patterns are denser than the resolution of the alignment optical system may be used. Also, as shown in FIG. Alternatively, the small pattern 42 ′ may be the alignment mark 31 that functions as the small pattern 42 ′ in which thin band-like patterns are densely packed. Furthermore, as shown in FIG. '' Each line may be divided in the longitudinal direction of the line pattern. In this case, each divided fine pattern is an alignment sensor. Not be the following fine pattern resolution.
[0087]
(Seventh embodiment)
FIG. 18 is a flowchart of mark position measurement in alignment according to the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, alignment signal processing will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0088]
First, similarly to the alignment performed in normal exposure, the alignment mark is irradiated with light, and the scattered light from the alignment mark is received by the CCD camera to obtain an alignment signal waveform (181).
[0089]
Next, the position of the alignment mark is measured from the alignment signal waveform in the same manner as the processing normally performed (182). In parallel with the measurement of the mark position, the distance between the large pattern 41 and the small pattern 42 is measured (183), and the amount of the alignment mark measurement position is calculated based on the measured distance (184). ).
[0090]
Next, a correct alignment mark position is calculated based on the obtained mark position and the amount of distortion, and the position is corrected (185).
[0091]
In the mark position measurement in such alignment, an example of the deduction amount calculation step (184) will be described with reference to FIG.
[0092]
In an alignment apparatus using a generally used halogen lamp as a light source and a numerical aperture of 0.3, the pattern size and the positional deviation amount are in an inversely proportional relationship. Accordingly, as shown in FIG. 19, when the horizontal axis represents the pattern position and the vertical axis represents the reciprocal of the pattern size, the position where the straight line passing through the large pattern position a and small pattern position b intersects the horizontal axis, that is, the pattern size. The position at which the reciprocal of is substantially 0 is the actual position c of the alignment mark. Therefore, if alignment is performed with reference to this position c, the amount of distortion generated for each alignment mark can be corrected simultaneously with normal position measurement.
[0093]
It is also possible to arrange a plane parallel plate 7 shown in FIG. 1 in the optical path of light received by the CCD camera 6. In this case, the inclination of the straight line passing through the position a and the position b shown in FIG. 19 can be increased by correcting the aberration according to the obtained distortion amount. As a result, the relative positional deviation amount δx can be reduced, the amount of distortion can be estimated more accurately, and coma can be corrected.
[0094]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the pattern widths of the large pattern 41 and the small pattern 42 are 6 μm and 1 μm, respectively, but the present invention is not limited to this combination. The optimum combination of dimensions differs depending on the numerical aperture of the alignment optical system, the illumination coherency, the wavelength range of the light source, and the like, and is thus determined by an experiment using the target alignment apparatus. Further, the structure of the alignment mark is not limited to a cross-sectional structure such as a convex shape, a concave shape, and an embedded shape as in this embodiment, and any structure can be used as long as it can be detected by the alignment sensor.
[0095]
As described above in detail, according to the present invention, since it is possible to adjust the center deviation of the coma aberration distribution, it is possible to reduce the alignment offset that is different for each alignment device or each alignment mark. .
[0096]
Further, according to another aspect of the present invention, the size of the coma aberration can be estimated from the positional deviation of the pattern due to the decentering of the coma aberration by using the alignment mark formed by arranging the large and small patterns side by side. The offset can be reduced.
[0097]
In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.
[0098]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an alignment apparatus that can reduce the alignment offset that causes a difference between alignment apparatuses or alignment marks. of An aberration measurement method and an aberration measurement mark can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an alignment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a point image in an optical system with coma aberration.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between coma aberration distribution and aberration measurement marks;
FIG. 4 (a) is a plan view of a wafer on which aberration measurement marks according to a second embodiment of the present invention are formed. FIG. 4B is an enlarged view of the aberration measurement mark shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a pattern when an aberration measurement mark is observed with an alignment apparatus.
FIGS. 6A and 6B are views showing modifications of the aberration measurement mark according to the second embodiment.
FIGS. 7A to 7C are views showing modifications of the aberration measurement mark according to the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an aberration measurement mark used in an alignment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of an alignment apparatus that is a subject of the present invention.
FIG. 10A is a view showing a wafer on which an alignment mark according to a fourth embodiment of the present invention is formed. FIG. 10B is an enlarged view of the alignment mark shown in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a pattern when an aberration measurement mark is observed with an alignment apparatus.
FIGS. 12A and 12B are views showing modifications of the aberration measurement mark according to the fourth embodiment. FIGS.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an alignment mark according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a pattern when an alignment mark according to a fifth embodiment of the present invention is observed with an alignment apparatus having coma aberration.
FIGS. 15A and 15B are views showing a modification of the alignment mark according to the fifth embodiment. FIGS.
FIG. 16A is a diagram showing a configuration of an alignment mark according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 16B and FIG. 16C are views showing a modification of the alignment mark according to the embodiment.
FIG. 17 is a view showing a modification of the alignment mark according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a view showing a flowchart of mark position measurement in alignment according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a process of calculating the amount of fraud according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a conventional alignment mark.
FIG. 21A is a diagram showing a configuration of an illumination stop used in a conventional alignment apparatus. FIG. 21B is a diagram showing a configuration of a phase plate used in a conventional alignment apparatus.
[Explanation of symbols]
1. Illumination optical system,
2 ... Halogen lamp,
3 ... Objective lens,
4 ... substrate
5 ... Enlarged projection optical system,
6 ... CCD camera,
7 ... Parallel plane plate,
7 '... tilt adjustment mechanism,
8 ... Lighting diaphragm,
9 ... Phase plate,
31, 40b, 101, 101a, 101b ... aberration measurement mark (alignment mark),
32 ... Center of aberration measurement mark,
33 ... coma aberration distribution,
34 ... Center of coma aberration distribution,
40a ... wafer,
41, 41 ′, 41 ″, 41 ′ ″ ... large pattern,
42, 42 ', 42''... small pattern,
81 ... reticle,
82: Electro-optical system,
111 ... Block.

Claims (2)

下地基板に形成され、パターン幅の太い大パターンからなる第1のマーク部と、該大パターンよりもパターン幅の細い小パターンからなる第2のマーク部を有し、該大パターンと小パターンは少なくとも一の方向に互いに平行して近隣に配置されている収差測定マークを照明光学系を介して照明し、
前記収差測定マークの像を、拡大光学系を用いて検出器の受光面に投影し、
前記収差測定マークの前記大パターンと前記小パターンの位置を検出し、
前記大パターンと前記小パターンの位置に基づいて収差を測定し、
前記収差測定マークの前記大パターンと前記小パターンの少なくとも一方は、アライメントに用いられる光学系の分解能では観察できない複数の微細パターンにより構成され、該微細パターンが密集して前記大パターンあるいは前記小パターンとして機能することを特徴とする収差測定方法。
A first mark portion formed on a base substrate and made of a large pattern with a large pattern width, and a second mark portion made of a small pattern with a pattern width narrower than the large pattern, the large pattern and the small pattern being Illuminate the aberration measurement marks arranged in parallel with each other in at least one direction via the illumination optical system,
An image of the aberration measurement mark is projected onto the light receiving surface of the detector using an enlargement optical system,
Detecting the position of the large pattern and the small pattern of the aberration measurement mark;
Aberration is measured based on the position of the large pattern and the small pattern ,
At least one of the large pattern and the small pattern of the aberration measurement mark is composed of a plurality of fine patterns that cannot be observed with the resolution of the optical system used for alignment, and the fine patterns are densely packed to form the large pattern or the small pattern. Aberration measurement method characterized by functioning as :
パターン幅の太い大パターンからなる第1のマーク部と、該大パターンよりもパターン幅の細い小パターンからなる第2のマーク部を有し、該大パターンと小パターンは少なくとも一の方向に互いに平行して近隣に配置されており、該パターンに光を照射して得られるパターン像から収差を測定し、A first mark portion made of a large pattern having a large pattern width and a second mark portion made of a small pattern having a narrower pattern width than the large pattern, wherein the large pattern and the small pattern are mutually in at least one direction; It is arranged in the vicinity in parallel, the aberration is measured from the pattern image obtained by irradiating the pattern with light,
前記大パターンと前記小パターンの少なくとも一方は、アライメントに用いられる光学系の分解能では観察できない複数の微細パターンにより構成され、該微細パターンが密集して前記大パターンあるいは前記小パターンとして機能することを特徴とする収差測定マーク。  At least one of the large pattern and the small pattern is composed of a plurality of fine patterns that cannot be observed with the resolution of the optical system used for alignment, and the fine patterns are densely functioning as the large pattern or the small pattern. Characteristic aberration measurement mark.
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